DE3012050A1 - Verfahren zum nachbehandeln von saeuregebeiztem stahl - Google Patents

Verfahren zum nachbehandeln von saeuregebeiztem stahl

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DE3012050A1
DE3012050A1 DE19803012050 DE3012050A DE3012050A1 DE 3012050 A1 DE3012050 A1 DE 3012050A1 DE 19803012050 DE19803012050 DE 19803012050 DE 3012050 A DE3012050 A DE 3012050A DE 3012050 A1 DE3012050 A1 DE 3012050A1
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Walter Dr.-Ing. 7406 Mössingen Heimberger
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23GCLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G1/00Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)

Description

  • Verfahren zum
    li t
    s ac»~osecs von
    säuregbeiztem Stahl Durch das übliche Säurebeizen von Stahl sollen Walzzunder, Rostansätze und sonstige Verunreinigungen der Oberfläche, die bei der Weiterverarbeitung der Werkstücke stören, entfernt werden.,In der Regel werden hierfür nichtoxydierende Säuren, wie Schwefelsäure oder Salzsäure, verwendet. Es ist bekannt, daß durch diese chemische Behandlung eine silberhelle, metallisch reine Oberfläche des Beizgutes nicht zu erhalten istt weil sich auf dem Beizgut ein iesthaftender, in Wasser nicht loslieher Reibbelag bildet, der den Beizeffekt umso mehr verschlechtert, je höher der Gehalt an gelösten Eisensalzen in der Beizlösung wird. Ein schlechter Beizeffekt beeinträchtigt das Aussehen und erhöht die Rostanfälligkeit des Beizguts.
  • Die Reinhaltung der natürlichen Gewässer erfordert kostspielige Maßnahmen für die Aufbereitung der eisensalz- und säurehaltigen Beislösungen, die nicht in den Abwasserkanal abgelassen werden dürfen.
  • Je geringer der Eisensalzbehalt der Beizlösungen gehalten wird, umso kostspieliger wird diese @ufbereitung. Andererseits aber wird mit steigendem Eisensalzgehalt der Beizlösungen der BeizeffekS schlechter.
  • Bei der Stahlbeizerei stehen sich also zwei Forderungen gegenüber, dieg normalerweise nicht gleichzeitig erfUllt werden könnens Um mit den üblichen Beissäuren einen optinalen Beizeffekt zu erreiohen soll die Beizlösung möglichst wenig gelöste Eisensalze enthalten; für die Erleiohterung der Aufbereitung der Beizlösungen ist aber ein hoher Einsensalzgehalt anzustreben.
  • Naoh dem Säurebeizen wird das Beizgut in Wasser gespult, um die anhafteh4en Reste der Beizlösung möglichst weitgehend zu entfernen.
  • Das herbei anfallende Waschwasser kann in die Säurebäder zurückgegeben werden, soweit ein Ausgleich der Flüssigkeitsverluste, z.B.
  • durch Verdampien in den erwärmten Beizbädern erforderlich ist. Der Rest des Waschwassers muß durch Neutralisieren und Entsalzen aufbereitet werden, bevor es in den Abwasserkanal abgeleitet werden darf.
  • Des Beizgut kann eine silberhelle Oberfläche erhalten, wenn zuBeisen oxydierend wirkende Beizlösungen, aoBo ßntor Verwendung von Salpetersäure, benützt werden. Hierbei wird das Beizgut wegen der raschen Erwärmung des Beizbades oft stark und ungleichmäßig angegriffen und die entweichenden Stickoxyde sind gesundheitschädlich. Der Angriff auf das Eisen kann verringert werden bei Verwendung von verdünnten, oxydierend wirkenden Beizlösungen, die in der Regel kalt verwendet werden. Eine ausreichend schnelle und gleichmäßige Wirkung ist dabei aber nicht zu erreichen, wenn das Beizgut nicht in Säurebeizem üblicher Zusammensetzung (Salz- oder Schwefelsäure) soweit vorbehandelt wird, daß nur noch der eingangs erwähnte unlösliche, primä#e Beizbelag zu entfernen ist.
  • Die meist salpetersäure haltigen Beizlösungen verbrauchen sich sehr ra#ch und sind für des Wasserhaushalt sehr unangenehme Abfallprodukte.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Nachteile der bisher bekannten Verfahren zum Blankbeizen von Stahl in oxydierenden Säurelösungen vermieden. Das Prinzip des Verfahrens besteht darin, daß das in üblichen Beizsäuren von Zunder und Rost befreiter Beizgut nach dem Wässern und ohne Zwischentrocknung in einer etwa einprozentigen heißen Nitratlösung (Fällungsbad) nachbehandelt wird.
  • Dabei wird die Eigenschaft der Nitrate, in heißen, wässerigen Löswi£en einen pH-Wert von etwa 4 einzustellen, ausgewertet, um den #in der Vorbeize gebildeten, fett anhaftenden primären Beizbelag zu lockern und zu oxydieren0 Je nach der verwenden Vorbeizsäure bilden sich dann durch rasche chemische Umwandlung des Beizbelags und der anhaftenden Einsensalzlösung unterschiedliche basische FErrrverbindungen. Diese, im schwach sauren Fällungsbad nicht löshohen, braunen Umwandlungeprodukte, haften nicht mehr am Untergrund und fallen als Schlamm vom Beizgut ab oder können, soweit noch Reste davon am Beizgut hängen bleiben, ohne Mühe in kaltem oder warmem Wasser abgewischt werden. Die Sta#loberfläche erscheint dann silberhell und ist soweit passiviert, daß eine neue Rontbildung verhindert wird, selbst wenn das Beizgut nach sorgfäl tigem Abwaschen in reinem Wasser langsam an der Luft trocknet.
  • Für die Bildung der erwähnten basischen Ferriverbindungen der Salz-oder Schwefelsäure sind als Zwischenstufe kolloidale Eisenhydroxyde erforderlich. Diese entstehen im heißen Fällungsbad durch Oxydation und Hydrolyse der am Beizgut festhaftenden, in Wasser nicht löslizehen Ferroverbindungen des primären BeizbelagsO Bei dieser Umwandlung wird auch die Haftung des Beizbelags am Untergrund gelöst. Auch die in der Vorbeizlösung vorhandenen und mit dem Beizgut ins Fällungsbad eingeschleppten Ferroverbindungen werden hier auagefällt und ausgeschieden.
  • Für ein optimalen Reaktionsablauf ist im Fällungsbad eine Badtemperatur von mehr als 85° C notwendig. Unter den angegebenen Voraussetzungen erfolgt die Umwandlung der jeweils in geringen Mengen eingeschleppten Ferroverbindungen in die entsprechenden basischen Ferriverbindungen (Fe OH SO4 bezw. Fe OH Cl2) sehr rasch.
  • Wird die Badtemperatur wesentlich niedriger gehalten, so verzögert sich die Reaktion und es können sich auch noch eingeschleppte Ferroverbindungen in der Beizlösung halten, die nicht ausgefällt werden können und durch Erhöhung des Eisensalzgehaltes in der Lösung den Ablauf der gewünschten Reaktionen stören. Die hohe Temperatur im Fällungsbad und die starke Verdünnung der gelösten Eisensalze sind also für die Kolloidbildung als wesentliche Faktoren des Reaktionsablaufs unerläßlich.
  • Ein Angriff des heißen Fällungsbades auf das metallische Eisen des Beizgutes erfolgt nicht weil der hierfür erforderLiche Gehalt an freier Saure fehlt. Sobald die gewünschte Oxydation des riiengenaäßig meist nur geringen primären Beizbelags und der geringen Menge der aus dem Waschwasser eingeschleppten Ferroverbindungen a#geschlossen ist, hört die Reaktion auf. Es hat sich gezeigt, daß für den ersten Ansatz des Fällungsbades die Auflösung von etwa 1% eines handelsüblichen Nitrats in heißem Wasser genügt. Wenn sich die oxydierende Wirkung des vorgelegten Nitrats während des Betriebs verringert, kann durch entsprechende Zugabe von Nitrat die Reaktionsfähigkeit der Lösung wieder hergestellt werden. Auch eine Einstellung des gewünschten pH-Wertes durch Zugabe von Salpetersäure ist möglich0 Von den theoretisch brauchbaren wasserlöslichen Nitraten eignen sich aus wirtschaftlichen Gründen besonders diejenigen der Gruppen I und II des periodischen Systems. Bei der Auswahl der Nitrate muß die Art der Vorbeizsäure berücksichtigt werden. Wird beispielsweise mit Schwefelsäure vorgebeizt, so kann im Fällungsbad Bariumnitrat oder Calziumnitrat nicht verwendet werden, weil Barium in Form von Bariumsulfat und Oalzium als ips aus der Lösung ausgeschieden würde. Beim Vorbeizen sit Salzsäure lassen sich mit diesen Nitraten gute Ergebnisse erzielen.
  • Die Wirkung des Verfahrens gemäß der Anmeldung hängt, wie bereits erwähnt, davon ab, daß in der Lösung des Fällungsbades als Zwischenstufe Ferrihydroxyd in @olloidaler Form vorhanden ist. In einer Wässerigen Nitratlösung gibt es solche Kolloide nicht. Sie bilden sich aber, wenn der frischen heißen Nitratlösung lösliches Ferrisalz der verwendeten Vorbeizsäure beigegeben wird in einer kleinen Menge, die ausreicht, um die Lösung durch Bildung von Kolloiden leicht braun zu färben. Ein so vorbereitetes Fällungsbad kann mit Erfolg von Anfang an voll in Betrieb genommen werden.
  • Zur Beurteilung des Reaktionsablaufs im heißen Fällungsbad ist die Feststellung wichtig, daß für die Umwandlung des am Beizgut anhaftenden, primären Beizbelags in basische Ferriverbindungen sich die dem Fällungsbad zugegebenen Nitrate, bezw. Salapetersäure nur sehr langsam verbrauchen. Das sich bei der Beizreaktion antwickelnde Gas besteht hauptsächlich aus Stickstoff und Wasserstoff mit Spuren von Stickoxyd. Dies läßt vermuten, daß bei der Umwandlung der Ferrover -bindungen des Beizbelags in basische Ferriverbindungen dem heißen Wasswe nicht nur physikalische, sondern auch chemische Reaktionen zukommen, etwa entsprechend Reaktions-Systemen: a) 2 Fe SO4 + H OH + NO + Wärme 2 ? Fe(OH)SO4 + N, bezw.
  • 2 FeCl2 + H OH + NO + Wärme 4 2 Fe(OH)Cl2 + N oder b) FeSO4 + H OH + Wärme = Fe(OH)SO4+ H bezw.
  • Fe Cl2 + H OH + Wärme = #e(OH)Cl2 + H.
  • Für die Erhaltung der Reaktionsbereitschaft ist die laufende Aufnahme von Wärme unerläßlich. Ob die Reaktion me.hr daoh dern Schema a oder nach dem Sohema b abläuft, dürfte von der Badtemperatur abhängen.
  • Je höher die Temperatur gehalten wird, umso mehr verschiebt sich a die Reaktion von Schema nach Schema b. Durch einen Mehraufwand von Wärme kann also der Verbrauch von Nitrat verringert werden.
  • Im praktischen Betrieb hat sich gezeigt, daß der Gehalt an gelöstem Eisen im Pällungsbad unabgängig von der Belastung dej Beizbades ziemlich konstant auf einem kleinen Betrag gehalten werden kann, während der Säuregehalt langsam zunimmt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die ober ngagebenen Reaktionsgleichungen nicht den ganzen Reaktionsablauf erfassen, weil die Zusammensetzung des Beizbelags nicht durch FeSO4 oder FeCl2 erfaßt werden kann. Um im Blankbeizbad den pH-Wert in zulässigen Grenzen zu halten, kann laufend ein angemessener Teil der Blankbeizflüssigkeit abgezogen und über Eisenspäne geleitet werden. Hierbei wird der Säureüberschuß neutralisiert und naoh dem Zurückleiten der Löaung ins Blankbeizbad erfolgt hier die Ausscheidung der zusätzlich gebildeten Eisensalze* Zur Erklärung der Beizreaktio# muß noch eine besondere Eigenschaft des Fällungsbades erwähnt werden, die typisch ist für den S-olloidbereich mit seiner besonderen Adsorptionsfähigkeit0 Wenn ein funktionsfähiges Blankbeizbad der Einwirkung von Ultraschallwellen ausgesetzt wird, so wird aus der Lösung schlagartig Stickoxyd ausgetrieben und die Blanbeizwirkung verschwindet. Diese Erscheinung läßt erkennen, daß die Reaktion ii Blankbiksbad durch Stickoxyd bewirkt wird, das in der Beizlösung als R:atalysator wirkt und durch dia Wirkung der Schallwellen ausgetrieben wird.
  • Die gleiche unerwünschte Entgasung erfolgt auch, wenn in das Blankbeizbad Heizdamp# eingeleitet wird, der mit knallendem Geräusch kondensiert.
  • Bei den Vorbemerkungen zur Beschreibung des Blankbeizverfahrens gemäß der Anmeldung ist erwähnt, daß die Aufbereitung der Beizlösungen beim üblichen Vorbeizen mit 3äuren erschwert wird, wenn im Interesse der Entwickl#ng einer möglichst reinen Oberfläche des Beizgutes der Gehalt der Beizlösung an gelosten Eisensalzen klain gehalten werden muß.Beim erfindungsgemäßen Verfahren besteht diese Notwendigkeit nicht, weil das Endergebnis der Blankbeizbehandlung unabhängig ist vom Aussehen des Beizgutes nach dem EntSernen der -Verunreinigungen von der Oberfläche und von der Menge-der ins Blankbeizbad eingeschleppten Eisensalze. Der Eisensalzgehalt im Vorbeizbad darf also, bei jeweils rechtzeitigem Ausgleich des Säureverbrauch so hoch werden, daß die Aufbereitungskosten für die Restbeize relativ klein bleiben.
  • Der im Fällungsbad anfallende, feinkörnige Beizschlamm läßt sich gut abfiltrieren. Durch Erhitzen zerfällt die basische Anlagerungsverbindung des Schlamms viel leichter in Eisenoxyd und den Säurerest, als bei Eisenchlor## oder Eisnsulfatv Die Rückgewinnung der Beizsäure aus dem Beizschlamm wird dadurch einfacher, Neben dem wirtschaftlichen Fortschritt, der sich mit dem erfindungsgemäßen Beizverfahren erzielen läßt, ergibt stich auch noch ein beiztechnischer Vorteil. Beim üblichen Stahlbeizen gelingt es zwar, die anhaftenden löslichen Weste der Beizlösung durch sorgfältiges Wässern weitgehend zu entfernen, der beim Säurebeizen immer entstehende, festhaftende Beizbelag läßt sich durch das übliohe Wässern aber nicht ablösen. Daß dieser Belag bei der Weiterverarbeitung der gebeizten Werkstücke stört, ist bekannt und läßt sich am Beispiel der galvanischen Verkupferung eindrucksvoll zeigen. Werden die nach der übliche# Beizbehandlung verupferten Werkstücke erhitzt, so zersetzen sich die Beizrückstände unter dem Kupferbelag. Es bilden sich Blasen und## der Kupferbelag läßt sich ##ziehen. Wird aber Stahlblech gemäß der Erfindung blankgebeizt, bevor es galvanisch verkupfert wird, so sind keine Beizrückstände vcrhanden und der Kupferüberzug verbindet sich so fest mit dem Grundblech, daß die Bleche kalt oder warm auf geringere Stärken ausgewalzt werden können, ohne daß sich der Kupferbelag ablöst.
  • Ähnliche Vorteile ergeben sich auch, wenn die gebeizten Werkstücke durc Lackieren, Verzinnen, Emaillieren usw, vor Korrosion geschützt werden soll#n.
  • - Patentansprüche-

Claims (5)

  1. Patentansprüche 1) Verfahren zum Nachbehandeln von säuregebeiztem Stahl @@ den in Wasser nicht löstlichen, am Beizgut fest anh#aftenden Belag, der sich beim üblichen Säurebeizen bildet, su beseitigen, dadurch gekennzeichnet, daß das nach dem Säurebeizen gewässerte Beizgut kurzfristig behandelt wird in einem fremdsäurefreien, heissen Fällungsbad, bestehend aus einer stark verdünnten wässerigen Nitratlösung und daß die sich hierbei auf dem Beizgut bildenden Umwandlungsprodukte der Beizbelags, soweit sie nicht von selbst vom Beizgut abfallen, in Wasser mit weichen Mitteln abgewischt werden, ohne da3 dabei die Oberfläche des Beizguts mechanisch angegriffen wird.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Fällungsbades bevorzugt solche Nitrate mit einem Anteil von etwa 1 bis 2 % verwendet werden, wie sie in der Landwirtschaft als Düngemittel iiblioh sind.
  3. 3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, daduroh gekennzeichnet, daß dem aus mehr als 85 ° heiBem Wasser und Nitrat frisch angesetzten, farblosen Fällungsbad zur Aktivierung lösliches Ferrisalz zugesetzt wird bis die Lösung leicht braun gefärbt ist.
  4. 4) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Nachbehandlung des Beizgutes aus den Nitraten entstehenden Restverbindungen durch Zugabe von angepaßten Mengen Salpetersäure aktiviert werden, ohne daß dabei der pH-Wert der Lösung unter 2 Abfällt.
  5. 5) Verfahren nach den Anspriiohen 1 bia 4, dadurch gekennzeichnet, daß - zur Vermeidung einds Säureüberschusses im Fällungsbad -laufend angepaßte Mengen ### der Lösung im Fällungsbad abgezogen und über Stahlspine geleitet werden, damit der Säuregehalt der abgezogenen Lösung durch Auflösen von Eisen neutralisiert wird und das gelöste Eisen bei der Rückleitung der entsäuerten und wieder erwärmten Lösung ins Fällungsbad als basische Verbindung ausfällt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101319327B (zh) * 2007-06-07 2011-11-16 多氟多化工股份有限公司 一种钢带清洗剂的生产方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101319327B (zh) * 2007-06-07 2011-11-16 多氟多化工股份有限公司 一种钢带清洗剂的生产方法

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