DE2828547C2

DE2828547C2 - Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Beizbadzusammensetzung einer Beizanlage

Info

Publication number: DE2828547C2
Application number: DE19782828547
Authority: DE
Inventors: Heinrich 5210 Troisdorf Bender; Dieter 5205 St Augustin Reinartz
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1982-12-23
Also published as: DE2828547A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Beizbadzusammensetzung einer Beizanlage für Metalle, wobei in einem vom Beizbad abgezogenen Teilvolumen der Metallgehalt photometrisch gemessen wird und das Beizbad in Abhängigkeit von dem Meßergebnis aufgefrischt bzw. regeneriert wird.

Bei Beizanlagen hängt die Geschwindigkeit des Beizabtrags von der Beizbadzusammensetzung ab, die sich insbesondere durch die Konzentration des verwendeten Beizmittels und den jeweiligen Metallgehalt des Beizbades bestimmt. Im Zuge des Beizvorganges nimmt der Metallgehalt des Beizbades zu. Um einen gleichmäßigen Beizabtrag pro Zeiteinheit zu erreichen, ist es erforderlich, die Beizbadzusammensetzung in Abhängigkeit vom Metallgehalt zu steuern bzw. zu regeln. Die hierfür erforderliche Ermittlung des Metallgehaltes des Beizbades erfolgt bisher zumeist mit Hilfe kolorimetri-

scher oder titrimetrischer Meßmethoden.

Nach einem aus der US-PS 30 74 277 bekannten Verfahren der eingangs genannten Art wird in einem vom Beizbad abgezogenen Teilvolumen eine fotoelektrische Messung der Farbiutensität durchgeführt, welche von der Konzentration an Eisenionen abhängig ist

Dadurch ist der Einsatz des Verfahrens auf farbige Lösungen beschränkt Bei farblosen Lösungen, wie beispielsweise Zirkonium-Beizlösungen, kann es dagegen nicht eingesetzt werden. Das Verfahren hat außerdem den Nachteil, daß sich bei ihm relativ große Meßfehler ergeben können, da geringe Schwankungen der Konzentration an Eisenionen kaum starke Änderungen der vom Colorimeter gemessenen Farbintensität hervorrufen.

Es ist ferner aus der US-PS 29 77 199 ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer oder mehrerer Komponenten einer Flüssigkeit bekannt geworden, be· dem die Menge eines Titrationsmittels entsprechend der zu messenden Komponente ermittelt wird. Dieses Verfahren hat damit den Nachteil, daß es bei ihm erforderlich ist, die Menge des bis zum Äquivalenzpunkt zugesetzten Titrationsmittels zu erfassen. Die Ermittlung der Metallkonzentration in kontinuierlich arbeitenden Beizanlagen über eine Säure- bzw. Basentitration ist, abgesehen von den hohen Investitionskosten für eine derartige Anlage, auch deswegen ungünstig, weil man damit geringe Metallkonzentrationen hei hohen Konzentrationen des Beizmittels nicht erfassen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das unabhängig von der Farbe der Beizlösung, also auch bei farblosen Beizlösungen, wie beispielsweise Zirkonium-Beizlösungen, einsetzbar ist, eine einfache und zuverlässige Bestimmung des Metallgehaltes im Beizbad ermöglicht und zu einem gleichmäßigen Beizabtrag pro Zeiteinheit führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Metall im vom Beizbad abgezogenen Teilvolumen in Form einer schwerlöslichen Verbindung ausgefällt wird, daß die Konzentration der schwerlöslichen Verbindung in einer Verdünnung durch Trübungsmessung ermittelt wird und daß in Abhängigkeit von der ermittelten Trübung das Beizbad aufgefrischt oder regeneriert wird.

Grundlage der Trübungsmessung ist bekanntlich die Streuung bzw. Absorption eines von einer definierten Lichtquelle emittierten Lichtstromes, welcher eine teilchenhaltige Lösung durchstrahlt und auf eine Fotozelle trifft. Die Intensität des auf die Fotozelle treffenden Lichtstrahls ist vom Trübungsgrad der Lösung und damit von der Metallkonzentration des Beizbades abhängig. Es hat sich gezeigt, daß der Zusammenhang zwischen der Trübung und der Metallkonzentration im interessierenden Bereich etwa linear ist.

Mit der Ausgangsgröße der Fotozelle, die nur vom Trübungsgrad der Lösung, nicht aber von deren Farbe bestimmt wird, läßt sich die Beizbadzusammensetzung entsprechend der Metallkonzentration im Beizbad steuern. Dies geschieht zweckmäßigerweise dadurch, daß man dem Beizbad ein in Abhängigkeit von der ermittelten Trübung bestimmtes Volumen verbrauchte Beizflüssigkeit abzieht und das gleiche Volumen frische Beizflüssigkeit zuführt, oder daß dem Beizbad in Abhängigkeit von der ermittelten Trübung verbrauchte

Beizflüssigkeit abgezogen und diese regeneriert und anschließend dem Beizbad zugeführt wird. In kontinuierlicher Regelung läßt sich somit die Beizmittelkonzentration des Beizbades konstanthalten.

Durch die Erfindung wird eine gleichbleibende Beizgeschwindigkeit erreicht. Der gewünschte Beizabtrag ist damit einfach zu beherrschen. Außerdem wird das eingesetzte Beizmittel gut ausgenutzt, so daß gegenüber Verfahren, bei denen das Beizmittel nach einer gewissen Zeit verworfen wird, eine Kostenersparnis eintritt Außerdem werden die Abluft- jnd Abwasserp; cbleme verringert

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist eine exakte Dosierung des Fällungsmittels nicht notwendig, da man dieses der Beizflüssigkeit im Überschuß zuführen kann.

Das Verfahren läßt sich mit einfachen Meß- und Steuereinrichtungen durchführen.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Zirkonium-Beizanlagen eingesetzt Hierbei wird in Ausgestaltung der Erfindung dem Teilvolumen des Beizbades Natronlauge zur Fällung des Zirkoniums in Form von Zirkoniumhydroxid und Wasser zur Einstellung der notwendigen Verdünnung zugemischt

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nicht nur zum Beizen, sondern auch zum Ätzen einsetzen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine Beizanlage schematisch und

Fig.2 ein Trübungsmeßgerät für die Anlage nach F i g. 1 schematisch.

In ein Beizbad 1 sind die zu beizenden Metallgegenstände eingetaucht Sind die zu beizenden Gegenstände aus Zirkonium, dann wird üblicherweise als Beizmittel, eine Mischsäure aus Flußsäure und Salpetersäure verwendet. Im Laufe der Zeit nimmt durch den Beizabtrag die Zirkoniumkonzentration im Beizbad ständig zu.

An das Beizbad 1 ist eine Nebenschlußleitung 2 mit einer Umwälzpumpe 3 und Schiebern 4 und 5 angeschlossen. Von der Nebenschlußleitung 2 zweigt eine Leitung 6 über ein Ventil 7 ab, die in ein Mischgefäß 8 mündet. Außerdem mündet in das Mischgefäß 8 eine Zuleitung 9, die dem Mischgefäß Natronlauge und Wasser zuführt. In dem Mischgefäß 8 ist ein von einem Motor tO angetriebener Mischflügel 11 angeordnet.

Aus dem Mischgefäß 8 ist eine Leitung 12 geführt, in der ein handelsübliches Trübungsmeßgerä'. 13 liegt. Dieses ist prinzipiell in F i g. 2 dargestellt. Durch ein Leitungsstück 14 mit durchsichtiger Wandung wird ein von einer Lichtquelle 15 ausgehender und einer Sammellinse 16 gebündelter Lichtstrom geschickt. Entsprechend dem Grad der Trübung der das Leitungsstück 14 durchströmenden Flüssigkeit gelangt ein Teil des Lichtstromes zu einer Fotozelle 17. Dem auf die Fotozelle 17 treffenden Lichtstrom entspricht eine analoge elektrische Größe, die zur Steuerui.g eines Ventils 18 und einer Förderpumpe 19 ausgewertet wird.

Das Ventil 18 liegt in einer Ablaßleitung des Beizbades. Die Förderpumpe 19 liegt in einer Leitung 20, durch die aus einem Frischsäure enthaltenden Vorratsbehälter 21 das Beizbad 1 zu beschicken ist.

Um einen gleichmäßigen Beizabtrag der in das Beizbad 1 getauchten Metallgegenstände zu erreichen, wird die Zusammensetzung des Beizbades etwa folgendermaßen geregelt:

Aus der Nebenschlußleitung 2 wird über das Ventil 7 kontinuierlich oder diskontinuierlich ein kleines Teilvolumen (beispielsweise 100 ml/h) des Zirkonium enthal-

tenden Beizbades dem Mischgefaß 8 zugeführt Dort wird Natronlauge aus der Zuleitung 9 chemisch im Oberschuß zugemischt. Unter alkalischer Reaktion erfolgt die Fällung des Zirkoniums in Form des schwerlöslichen Zirkoniumhydroxids. Gleichzeitig wird durch Wasser die notwendige Verdünnung eingestellt. Bei dem Zirkoniumgehalt von 40 bis 50 g/l im Beizbad beträgt der Verdünnungsfaktor etwa 1 :1000.

Die sich einstellende Trübung ist in einem gewissen Bereich etwa proportional zur Zirkonium-Konzentration im Beizbad. Folgende Versuchsergebnisse zeigen die Abhängigkeit der Trübung vom Zirkoniumgehalt:

Zr-Gehalt in der Me&ösung	Trübungseinheiten
nach Verdünnung (ppm)	(TE)
32	15
20 40	20
64	27
80	35
86	40
120	50
25 128	52
160	63

Entsprechend der Trübung und damit dem Zirkoni-

jo umgehalt in der Meßlösung wird dem Beizbad 1 aus dem Vorratsbehälter 21 frisches Beizmittel zudosiert. Gleichzeitig wird das gleiche Volumen des verbrauchten Beizmittels über das Ventil 18 abgezogen.
Damit kann die gewünschte Beizbadzusammensetzung hinsichtlich Metall- und Säuregehalt auf den jeweiligen Bedarfsfall optimal abgestimmt werden. Es läßt sich ein gleichmäßiger Beizabtrag pro Zeiteinheit erreichen. Außerdem sind unnötige Verluste des Metalls vermeidbar und die Belastung der Spül- und Abwasser kann kiein gehalten werden.

Je nach dem Bedarfsfall erfolgt die Beschickung des Mischgefäßes 8 und die Messung der Trübung kontinuierlich oder diskontinuierlich. Bei einfachen Beizanlagen kann auch die Nachfüllung von frischem Beizmittel auf eine entsprechende Anzeige des Trübungsmeßgercts 13 hin durch manuelle Steuerung durchgeführt werden. Bei einem bestimmten Grenzwert der Zirkonium-Konzentration wird bei diskontinuierlicher Steuerung das Beizbad ganz oder teilweise erneuert.

Es ist auch im Rahmen der Erfindung möglich, anstelle des Vorratsbehälters 21 ein Gerät zur Regenerierung des Beizbades vorzusehen, das mit diesem über eine Ablaßleitung und eine Zuführungsleitung verbunden ist und durch das Trübungs.neßgerät 13 gesteuert wird, derart, daß die Regenerierung des Beizbades in Abhängigkeit von der ermittelten Trübung erfolgt.

Das beschriebene Verfahren läßt sich auch zum Beizen von Aluminiumgegenständen in alkalischen Aluminiumbeizen einsetzen. In diesem Fall wird durch die Zuleitung 9 beispielsweise Salzsäure zugegeben, bis in dem Mischgefäß 8 ein pH-Wert von 5 — 6 auftritt, bei dem eine Ausfällung des Aluminiums in Form von

b5 Aluminiumhydroxid erfolgt. Die Konzentration des Alumcniumhydroxids in der teilchenhaltigen Lösung wird in dem Trübungsmeßgerät 13 ermittelt. Entsprechend dem Meßwert wird das Beizbad aufgefrischt.

Ebenso läßt sich das beschriebene Verfahren für Eisengegenstände in salz- oder schwefelsauren Eisenbeizen verwenden. Das im Zuge des Beizverfahrens in das Beizbad übergehende Eisen wird unter Zudosierung von beispielsweise Natronlauge und Wasserstoffperoxid im Mischgefäß 8 in Form von Eisen(lll)hydroxid ausgefällt und seine Konzentration mitteis der Trübungsmessung bestimmt.

Auch bei weiteren Metallen läßt sich das beschriebene Verfahren vorteilhaft einsetzen.

Hierzu 2 Blau Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Beizbadzusammensetzung einer Beizanlage für Metalle, wobei in einem vom Beizbad abgezogenen Teilvolumen der Metallgehalt photometrisch gemessen wird und das Beizbad in Abhängigkeit von dem Meßergebnis aufgefrischt bzw. regeneriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das im Teilvolumen enthaltene Metall in Form einer schwerlöslichen Verbindung ausgefällt wird, daß die Konzentration der schwerlöslichen Verbindung in einer Verdünnung durch Trübungsmessung ermittelt wird und daß in Abhängigkeit von der ermittelten Trübung das Beizbad aufgefrischt oder regeneriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Beizbad ein in Abhängigkeit von der ermittelten Trübung bestimmtes Volumen verbrauchte Beizflüssigkeit abgezogen wird und das gleiche Volumen frische Beizflüssigkeit zugeführt wird.

3. Verfahren nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Beizbad in Abhängigkeit von der ermittelten Trübung verbrauchte Beizflüssigkeit abgezogen und diese regeneriert und anschließend dem Beizbad zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fällungsmittel chemisch im Überschuß dem Teilvolumen zugeführt wird.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche beim Beizen von Zirkonium, dadurch gekennzeichnet, daß dem Teilvolumen des Beizbades Natronlauge zur Fällung des Zirkoniums in Form von Zirkoniumhydroxid und Wasser zur Einstellung der notwendigen Verdünnung zugemischt werden.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 beim Beizen von Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß dem Teilvolumen des Beizbades eine Säure, beispielsweise Salzsäure zur Ausfällung des Aluminiums in Form von Aluminiumhydroxid bis zu einem pH-Wert von 5 — 6 der Mischung beigemischt wird.