DE1496907C - Verfahren zum kontinuierlichen elektrolytischen Entzundern von Nickel und Chrom enthaltenden Stählen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinu- zu Materialverlust führt. Wenn dabei das gelöste Maierlichen elektrolytischen Entzundern von Nickel und terial wiedergewonnen werden soll, sind umfangreiche Chrom enthaltenden Stählen unter Verwendung einer und teure Rückgewinnungsanlagen erforderlich.
Lösung, die mindestens 2 Gewichtsprozent an Natrium- Die Auflösung von Metallschichten unter den zu und/oder Kaliumsalzen von Schwefel- und/oder 5 entfernenden Zunderschichten wirkt sich außerdem Salpetersäure, gegebenenfalls 0,1 bis 10 Gewichts- schädlich auf die Oberflächengüte, z. B. den Glanz des prozent eines wasserlöslichen Fluorids und nicht mehr fertigen Werkstückes aus, und bewirkt außerdem, als etwa 10 Gewichtsprozent Weinsäure oder Zitronen- daß sich der Elektrolyt schnell verbraucht. Wenn im säure oder deren Salze oder eines zur Komplex- Elektrolyten Salpetersäure benutzt wird, werden darbildung mit den gelösten Metallionen befähigten io über hinaus große Mengen an giftigen Stickstoff-Salzes enthält. oxiden entwickelt, deren Entfernung schwierig und

Bei den üblichen Herstellungs- und Bearbeitungs- kompliziert ist.

verfahren für Stähle, wie z. B. beim Walzen oder Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Glühen, wird an der Werkstoffoberfläehe eine Oxid- Verfahren zum kontinuierlichen elektrolytischen Entschicht gebildet. Um diese Oxidschichten, die nach- 15 zundern von Nickel und Chrom enthaltenden Stählen folgend als »Zunder« bezeichnet werden, wirksam von zu schaffen, das die vorstehend beschriebenen Nachden Metalloberflächen zu entfernen, sind verschiedene' teile der bekannten elektrolytischen Entzunderungs-Beizverfahren und anderen Oberflächenbehandlungen verfahren nicht aufweist und eine einfache Wiederangewandt und vorgeschlagen worden. Das gebrauch- gewinnung der gelösten Metalle aus dem elektrolylichste Verfahren zur Entfernung von Zunder ist die 20 tischen Bad sowie eine einfache Regenerierung des elektrolytische Behandlung in starken anorganischen Bades erlaubt, wobei das Verfahren mit verhältnis-Säuren, wie z. B. Schwefelsäure, Salpetersäure, Salz- mäßig wenig aufwendigen Mitteln einfach ausgeführt säure. werden kann.

Es ist bekannt, daß die Wirkung der Behandlung Die Erfindung geht dabei aus von einem von der bei diesen bekannten Verfahren wesentlich von der 25 Anrnelderin bereits vorgeschlagenen Verfahren zum Stärke und der Konzentration der Säure im Elektro- Entzundern von Stählen, bei dem als Elektrolyt eine lyten und von der Temperatur, bei der die Elektrolyse wäßrige Lösung verwendet wird, die mindestens durchgeführt wird, abhängig ist. Je höher die Säure- 2 Gewichtsprozent an Natrium-. und/oder Kaliumkonzentration in dem Elektrolyten und je höher die salzen von Schwefel- und/oder Salpetersäure, gege-Temperatur ist, desto größer ist der Reinigungserfolg. 30 benenfalls' 0,1 bis 10 Gewichtsprozent eines wasser-

Die Benutzung starker Säuren mit hoher Konzen- löslichen Fluorids und nicht mehr als etwa 10 Gewichtstration wirft jedoch im Hinblick auf die Vorrichtung, prozent Weinsäure oder Zitronensäure oder deren in der eine solche Oberflächenbehandlung durch- Salze oder eines zur Komplexbildung mit den gelösten geführt wird, ernsthafte Probleme auf. Wegen der Metallionen befähigten Salzes enthält. Bei diesem Korrosionsgefahr können nur säurebeständige und 35 älteren Verfahren der Anmelderin wird das 2U entkorrosionsfeste Behälter und Einrichtungen benutzt zundernde Werkstück im Bad als Anode oder Kathode werden, was technisch aufwendig ist. Darüber hinaus oder als Mittelleiter angeordnet,
bereitet die Beseitigung der Abwässer aus solchen Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch Anlagen infolge des hohen Säuregehaltes große gekennzeichnet, daß die während der Elektrolyse in Schwierigkeiten. Vielerorts ist das Ausschütten von 40 dem Elektrolyten gelösten Eisenionen in Form von Säure in Kanalisationssysteme und Flüsse verboten. Eisenhydroxid durch Einstellen eines pHrWertes von Aus diesem Grund sind komplizierte Wiedergewin- 3 bis 5, die Chromionen in Form von Chromhydroxid längsverfahren und/oder eine Neutralisation der durch Einstellen eines pH-Wertes von 5 bis 6, die verbrauchten Flüssigkeiten, z. B. durch Kalk, er- Nickelionen in Form von Nickelhydroxid durch forderlich. 45 Einstellen eines pH-Wertes von 6 bis 8 ausgefällt

Das Beseitigen des Zunders von rostfreien Stählen und aus dem Bad abgetrennt werden und der Elektroist insbesondere deswegen schwierig, weil die durch lyt, gegebenenfalls nach Ergänzung, dem Entzundas Walzen und die Wärmebehandlungen entstandenen derungsbad wieder zugeführt wird.
Oberflächenschichten ein Ergebnis der Oxydation der Vorteilhaft nimmt man die Entfernung der gelösten obersten Schicht des Stahlteiles sind und die Ober- 50 Anteile aus einem ursprünglich im wesentlichen flächenschicht demzufolge vorwiegend aus Eisen- neutralen Bad vor. Man nimmt die Einstellung der oxyden in Mischung mit Oxiden von Chrom und zum Ausfällen der Hydroxide erforderlichen pH-Werte Nickel zusammengesetzt ist. Die Schicht ist Vergleichs- vorteilhaft mit entsprechenden Anteilen von Schwefelweise dick, so daß die üblicherweise benutzten Säuren säure, Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure oder Alnur schwierig vollständig in die Schicht einzudringen 55 kalihydroxiden vor. Wenn also der pH-Wert nach dem vermögen und deren Ablösung in der Regel nur un- Entzundern einer bestimmten Eisenmenge in seinem vollständig erfolgt. Sofern der Stahl außerdem einen neutralen Bereich liegt, so kann durch Beifügung von hohen Chromgehalt besitzt oder wenn die Schicht etwas Säure, wie z. B. Schwefelsäure, Salpetersäure oder in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre Fluorwasserstoffsäure, der pH-Wert des Elektrolyten gebildet wurde, ist sie außerordentlich hart und schwer 60 auf den erfindungsgemäß für die erste Behandlungslöslich. Die Bedingungen zum Entfernen der Ober- stufe erforderlichen Wert von 3 bis 5 gesenkt werden, flächenschicht sind demzufolge je nach den Um- Es scheidet sich dann das während der Elektrolyse ständen, unter denen die Schichtbildung erfolgte, gelöste Eisen in Form von Eisenhydroxid ab. Dieses verschieden, so daß die Steuerung des Elektrolyten Eisenhydroxid wird z. B. durch Abfiltrieren aus der beim. Entzundern schwierig ist. Bei den bekannten mit 65 Lösung abgetrennt und auf diese Weise zurückgeitarken Säuren arbeitenden Entzunderungsverfahren wonnen.

besteht außerdem der Nachteil, daß das Werkstück- Der pH-Wert der verbliebenen Lösung, d. h. des

Material als solches teilweise mit aufgelöst wird, was nach dem Abfiltrieren des Eisenhydroxids erhaltenen

Filtrats, wird dann auf einen pH-Wert von 5 bis 6 Die Menge der neutralen Salze, wie z. B. Na₂SO₁,

angehoben, was man zweckmäßig dadurch erreicht, der wasserlöslichen Fluoride, wie z. B. NaF, und der daß man der Lösung eine geeignete alkalische Substanz Substanzen, die komplexe Ionen bilden, wie z. B. hinzugefügt, z. B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid Weinsäure oder Zitronensäure, die in der den Elektro- oder Mischungen von Alkalimetallhydroxiden. Das 5 lyten bildenden Lösung aufgelöst sind, ist von verAnsteigen des pH-Wertes auf den angezeigten Wert schiedenen Faktoren abhängig. Beispielsweise von bewirkt die Bildung eines Niederschlages von Chrom- der Wirtschaftlichkeit, von dem erreichbaren elektrohydroxid für den Fall, daß in der Lösung Chrom- lytischen Effekt und von dem Grad der Wiederionen vorhanden sind. Das Chromhydroxid wird gewinnbarkeit der gelösten Metalle. Es ist jedoch dann z. B. durch Filterung getrennt und jegliches in io vorzuziehen, daß neutrale Salze in Mengen von der Lösung vorhandene Chrom in dieser Weise wieder- wenigstens 2%. vorzugsweise von 2 bis 10 %> vorgewonnen. Der dabei erhaltene Rückstand wird mit handen sind. Wasserlösliche Fluoride können in einer zusätzlichen Menge von Alkalimetall-Hydroxiden Mengen von 0,1 bis 10% vorhanden sein und die vermischt, um den pH-Wert auf 6 bis 8 anzuheben Substanz, welche komplexe Ionen bildet, in Mengen und die Bildung von Nickelhydroxid zu bewirken, 15 von 0,25 bis 10%.

welches dann z. B. durch Filterung wieder getrennt Die Zusammensetzung des Elektrolyten, aus dem

wird. Der von Eisen, Nickel und Chrom befreite die gelösten Metalle ausgefällt und zurückgewonnen und damit regenerierte Elektrolyt wird dann dem werden, ist im wesentlichen die gleiche wie die des Entzunderungsbad wieder zu£e?ührt. ursprünglichen Elektrolyten. Deshalb kann dsr Elek-

Während der Elektrolyse entstehen freie Säuren, 20 trolyt nach dem Zurückgewinnen der Metalle in der z. B. Schwefelsäure oder Fluorwasserstoffsäure, in der gezeigten Weise wieder der Benutzung im elektro-Nähe der Elektrode, die eine sehr wirksame Ent- lytischen Prozeß zugeführt werden, allerdings unter zunderung der Werkstoffoberfläche zur Folge haben. eier Voraussetzung, daß der pH-Wert des Elektro-Durch die Anwesenheit organischer Bestandteile, lyten richtig eingestellt ist. Außerdem sollte dem wie z. B. Weinsäure oder Zitronensäure, bilden 25 regenerierten Elektrolyten eine bestimmte Wasserdiejenigen Metalle, die vom Werkstück gelöst werden, menge zugefügt werden, wobei diese Wassermenge z. B. Eisen und Nickel, komplexe Ionen und bleiben derjenigen Wassermenge entspricht, die bei den oben in Lösung, ohne Niederschläge zu bilden. beschriebenen Reaktionen verbraucht worden ist.

Nur wenn die Menge des gelösten Metalls den Somit ist die Wassermenge, die zugefügt wird, die entsprechenden Betrag des Komplexes überschreitet, 3° gleiche, die erforderlich war, um die Metall-Oxide der in dem Bad den organischen Bestandteil, z.B.- der Hauptkomponenten der Bestandteile in ihre Weinsäure oder Zitronensäure, bildet, beginnt sich ein Hydroxide umzuwandeln. Außerdem sollte die Menge Niederschlag zu bilden. Da jedoch wegen der Natur der gelösten Stoffe, die an dem rostfreien Stahl des elektrischen Bades der Metallkörper selbst gar anhaften und die dann mit dem Stahl ausgetranicht oder nur unbedeutend durch den Elektrolyten 35 gen werden, dadurch ersetzt werden, daß neue angegriffen wird, ist die Menge der in Lösung gehenden Mengen dieser gelösten Stoffe wieder zugeführt Metall-Ionen unbedeutend. Da in dem Elektrolyten ver- werden.

hältnismäßig große Mengen organischer Bestandteile, Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des

wie Weinsäure oder Zitronensäure, vorhanden sind, Verfahrens nach der Erfindung in Verbindung mit der reicht diese Menge aus, um die Metall-Ionen in korn- 40 Zeichnung erläutert, die schaubildlich ein Ausfühplex(T Form zu binden. Versuche haben gezeigt, daß beispiel einer Vorrichtung zeigt, mit der eine kontieine Elektrolyse mit dem erfindungsgemäßen Elektro- nuierliche Elektrolyse und eine Wiedergewinnung des lyten Metall-Oberflächen mit starkem Glanz und gelösten Metalls durchgeführt wird.
Lüster ergibt. Ein Band 1 aus rostfreiem Stahl, das entzundert

Als voranstehend erwähnte Salze sind Na₂SO₁, 45 werden soll, wird mit Hilfe von Führungsrollen 2 K₂SO₄, NaNO₃ und KNO₃ zur Benutzung im Elektro- in einen Behälter 3 eingeführt. Dar Behälter 3 enthält lyten geeignet. Außerdem können zahlreiche wasser- einen Elektrolyten 4, der aus 20 Gewichtsprozent lösliche Fluoride benutzt werden, wie z. B. NaF, Na₂SO₁, 1 Gewichtsprozent NaF und 1 Gewichts-NH₁F, KF, KHF₂ und SnF₂. Außer Weinsäure, prozent Weinsäure besteht, die in Wasser gelöst sind. Zitronensäure und ihren Natrium- oder Kaliumsalzen 50 Der Behälter 3 ist so ausgelegt, daß das durch den sind insbesondere solche organischen Substanzen Elektrolyten 4 hindurchgeführte Band 1 dem elektrigeeignet, die ein zur Komplexbildung mit den gelösten sehen Strom indirekt ausgesetzt ist, und zwar durch Metallionen befähigtes Salz darstellen. eine nicht dargestellte Gleichstromquelle. Die Zeit,

Mit einem rostfreien Stahl sind Versuche ausgeführt währe id der der Stahl der Elektrolyse unterworfen ist, worden, um sich von der Beziehung zwischen der 55 ist abhängig von der Art der Zunderschicht, von dir Menge der Weinsäure und dem Betrag des Chrom- Konzentration, der Temperatur, dem pH-Wert, des niederschlages zu vergewissern. Die Ergebnisse dieser Elektrolyten 4 und der Stromdichte.
Versuche sind in der Tafel 1 zusammengestellt. Wenn kaltgewalzter, rostfreier Stahl der Typs 18-8

durch den Elektrolyten 4 der obenerwähnten Zu-60 sammensetzung bei einer Temperatur von 8O⁰C, einem pH-Wert von 3 und einer Stromdichte von 5 A/dm^a hindurchgeführt wird, kann eine völlige Entzunderung innerhalb von 75 Sekunden mit nur geringem Lösungsverlust (0,40 mg/cm²) erreicht wer-65 den. Hierbei wird eine sehr glänzende, polierte Oberfläche erzielt.

Nachdem das Band 1 in der obenerwähnten Weise im Behälter 3 völlig entzundert ist, wird es den an-

	Tafel 1
Zusatz von C1H1O, (°
0,1 0,25 0,50 1,00
Menge des Niederschlages von Chrom als Hydroxid (%)
18 30 49 100

schließenden bekannten Verfahrensschritten unterworfen.

Als Egebnris der Elektrolyse befinden sich die aus der Stahloberfläche gelösten Metall-Ionen in dem Elektrolyten 4 entweder in Lösung oder in der Form eines flockigen Niederschlages, und zwar entsprechend dem pH-Wert des Elektrolyten. Der die Metall-Ionen enthaltende Elektrolyt 4 wird dann über eine Leitung 5 in einen Tank 6 zum Ausfällen der Lösung gebracht. Andererseits kann der Elektrolyt 4 auch über eine Leitung 5' in einen Absetzbehälter 10 zum Absetzen des Eisens-Hydroxides oder über eine Leitung 5" in einen Separator 13 gebracht werden, und zwar entsprechend dem pH-Wert des Elektrolyten. Wenn der Elektrolyt den pH-Wert sechs oder mehr besitzt,, sind die Hydroxide des Eisens , des Chroms und des Nickels darin in Form eines Niederschlages vorhanden.

Um zunächst das Eisen-Hydroxid aus dem Niederschlag wiederzugewinnen, wird der Elektrolyt 4 in den Tank 6 zum Ausfällen der Lösung eingebracht. Die Flüssigkeit wird durch ein Rührwerk 7 bewegt und mit einer bestimmten Menge von Salpetersäure 8 vermischt, um den pH-Wert der Flüssigkeit auf 3 bis 5 zu bringen und dadurch das in diesem Niederschlag befindliche Chrom- und Nickel-Hydroxid zu lösen. as Die-f lüssigkeit wird dann durch Leitungen 9 und 12 in den Separator 13 gebracht, wo der feste Massenanteil von Eisen-Hydroxid von dem Niederschlag 14 getrennt wird.

Wenn der pH-Wert des Elektrolyten 4 nach Beendigung der Elektrolyse nur noch einen Wert von 3 oder darunter besitzt, so enthält der Elektrolyt keinen wesentlichen Niederschlag mehr. Er wird deshalb in den Absetzbehälter 10 zum Absetzen des Eisen-Hydroxides geführt. In diesem Absetzbehälter 10 wird der Elektrolyt 4 mit einem Anteil von Natrium-Hydroxyd 11 vermischt, um den pH-Wert auf 3 bis 5 zu bringen und um dadurch einen Eisen-Hydroxid-Niederschlag zu bilden. Das Eisen-Hydroxid wird anschließend wiedergewonnen, und zwar in einer Weise, die der oben beschriebenen ähnlich ist.

Wenn im Gegensatz dazu der pH-Wert des Ebktrolyten 4 nach der Elektrolyse 3 bis 6 beträgt, so besteht der Niederschlag hauptsächlich aus Eisenhydroxid, und der Elektrolyt wird dann direkt in den Separator 13 geleitet, in dem das Eisen-Hydroxid zurückgewonnen wird, ohne die Notwendigkeit, den pH-Wert des Elektrolyten in der obenerwähnten Weise zu verändern.

Das Filtrat, das in dem Separator 13 getrennt so worden ist, wird dann durch eine Leitung 15 in einen Absetztank 16 zum Absetzen des Chromhydroxiies geschickt. Wie aus dem oben gesagten hervorgeht, hat das Filtrat, das aus dem Eisenhydroxid getrennt wurde, einen pH-Wert von etwa 3 bis 5 und wird mit einer bestimmten Menge von Natriumhydroxid 17 im Absetztank 16 vermischt, um den pH-Wert auf 5 bis 6 zu bringen und das Chromhydroxid, das in Lösung geblieben ist, niederzuschlagen. Die Lösung wird anschließend übir eine Leitung 18 in einen Separatur20 geleitet und zur Rückgewinnung des Chromhydroxides in einem Filter 19 gefiltert. Das Fillrat aus dem Separator 20 wird durch eine Leitung 21 in einen Absetztank 22 zum Absetzen des Nickelhydroxides gebracht. Dort wird der pH-Wert des Filtrates durch Ziifügimg von Natriumhydroxid 23 auf einen pl I-Wert von 6 bis 8 gebracht, um das Nickelhydroxid auszufällen, was dann über eine Leitung 24 zu einem Separator 25 geführt und dort getrennt sowie zurückgewonnen wird. Das Filtrat, das nach der Rückgewinnung des Nickelhydroxides übrig bleibt, wird dann durch eine Leitung 27 in einen Tank 28 zur Vorbereitung des Elektrolyten übergeführt, in dem das Filtrat mit einer bestimmten Menge von Schwefelsäure 29 und Natriumhydroxid 30 vermischt wird, um die gewünschte Konzentration der Lösung und den gewünschten pH-Wert zu erhalten, wonach das Elektrolytfiltrat in den Behälter 3 zurückgeführt wird, und zwar über eine Temperatur-Regel-Vorrichtung 32 und eine Leitung 33. Dieses Wiedergewinnungsverfahren ermöglicht die Rückgewinnung von mehr als 95% des gelösten Metalls.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man, verglichen mit den früher bekannten elektrolytischen Beizverfahren, nicht nur den Lösungsverlust des Metallkörpers selbst verringern, eine Verminderung der Elektrolysezeit und eine verbesserte Oberfläche erreichen, sondern darüber hinaus ermöglicht das Verfahren auch die kontinuierliche Regenerierung der verbrauchten sauren Waschflüssigkeit und die fraktionierte Rückgewinnung der gelösten Metalle. Weiterhin besitzt das Verfahren den Vorzug, daß keine säurefesten Einrichtungen benötigt werden, der Verbrauch an Elektroden verkleinert wird, das Spülen der mit Säure gereinigten Werkstoffe durch Wasser vereinfacht wird und es keine Schwierigkeiten bei der Beseitigung der verschmutzten Waschflüssigkeit gibt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen elektrolytischen Entzundern von Nickel und Chrom enthaltenden Stählen unter Verwendung einer wäßrigen Lösung, die mindestens 2 Gewichtsprozent an Natrium- und/oder Kaliumsalzen von Schwefel- und/oder Salpetersäure, gegebenenfalls 0,1 bis 10 Gewichtsprozent eines wasserlöslichen Fluorids und nicht mehr als etwa 10 Gewichtsprozent Weinsäure oder Zitronensäure oder deren Salze oder einer zur Komplexbildung mit den gelösten Metallionen befähigten organischen Verbindung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Elektrolyse in dem Elektrolyten gelösten Eisenionen in Form von Eisenhydroxid durch Einstellen eines pH-Wertes von 3 bis 5, die Chromionen in Form von Chromhydroxid durch Einstellen eines pH-Wertes von 5 bis 6, die Nickelionen in Form von Nickelhydroxid durch Einstellen eines pH-Wertes von 6 bis 8 ausgefällt und aus dem Bad abgetrennt werden und der Elektrolyt, gegebenenfalls nach Ergänzung, dem Entzunderungsbad wieder zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfällung der Metallionen aus einem ursprünglich im wesentlichen neutralen Bad vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der für die Bchandlungsstufen erforderlichen pH-Werte mit entsprechenden Anteilen von Schwefelsäure, Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure oder Alkalihydroxiden vorgenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen