DE3127504A1

DE3127504A1 - "verfahren zur unterdrueckung des entstehens von antimonwasserstoff"

Info

Publication number: DE3127504A1
Application number: DE19813127504
Authority: DE
Inventors: Günther Dipl.-Ing. 3380 Goslar Hänsel
Original assignee: Preussag AG Metall
Current assignee: Preussag AG Metall
Priority date: 1981-07-11
Filing date: 1981-07-11
Publication date: 1983-01-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Unter-
drückung des Entstehens von Antimonwasserstoff bei einer Säure- oder Laugenbehandlung, insbesondere beim Beizen antimonhaltiger Zinklegierungen.
Es ist allgemein bekannt, daß Antimonwasserstoff etwa dieselbe Giftigkeit besitzt, wie der äußerst giftige Arsenwasserstoff. Demzufolge sind erhebliche Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, wenn bei chemischen Reaktionen die Gefahr des Entstehens von Antimonwasserstoff besteht. Diese Gefahr ist in besonderem Maße gegeben, wenn antimonhaltige Zinklegierungen mit einer Säure in Berührung kommen bzw. unter gleichzeitiger Wasserstoffentwicklung in Lösung gehen, da sich das Antimon mit dem Wasserstoff zu Antimonwasserstoff umsetzt.
Antimonhaltige Zinklegierungen können aber bei ihrer Verwendung teils zufällig teils regelmäßig mit Säuren in Verbindung kommen. So beschreibt die deutsche Patentanmeldung P 30 47 444.3 eine antimonhaltige Zinklegierung mit bis 3% Blei, bis 0,03% Aluminium und 1 bis 10% Antimon zum Feuerverzinken von Stählen, insbesondere siliziumhaltigen Stählen.
Beim Verzinken ist es häufig erforderlich, Zinkschichten von Gestellen und Halterungen oder von fehlerhaft verzinkten Teilen wieder abzubeizen. Darüber hinaus kann sich auch bei der Verwendung derart verzinkter Teile späterhin einmal die Notwendigkeit ergeben, die Zinkschicht ganz oder teilweise zu entfernen. Da das Entfernen einer Zinkschicht üblicherweise durch Beizen: mit einer Säure geschieht, läßt sich das Entstehen von Antimonwasserstoff nicht vermeiden, und sind somit besondere Sicherheitsvorrichtungen erforderlich, die insbesondere dann hohe Kosten verursachen, wenn es sich um eine einmalige oder auch seltene Säurebehandlung handelt, beispielsweise im Falle eines gelegentlichen Abbeizens bei einem Verbraucher verzinkter Gegenstände.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,ein Verfahren zu schaffen, das eine Säure- oder Laugenbehandlung antimonhaltiger Metalle ohne die Notwendigkeit irgendwelcher Sicherheitsvorkehrungen wie beispielsweise Absauge- und Abscheidevorrichtungen erlaubt. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, die Wasserstoffüberspannung des Zinks in der Säure- oder Lauge bzw. Beizlösung herabzusetzen, um so das Entstehen von molekularem Wasserstoff zu begünstigen und damit die Bildung von Antimonwasserstoff weitestgehend zu verhindern.
Im einzelnen besteht die Erfindung darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art die Säure- oder Laugenbehandlung erfindungsgemäß in Anwesenheit mindestens eines die Wasserstoffüberspannung des Zinks stärker als Antimon herabsetzenden Elements wie beispielsweise Kupfer, Chrom, Eisen, Molybdän, Wolfram, Nickel, Vanadium, Silber, Kobalt, Germanium und Platin durchgeführt wird.
Wie das die Wasserstoffüberspannung des Zinks herabsetzende Element in das System Zinklegierung/Säure bzw. Lauge eingebracht wird, ist nicht von entscheidender Bedeutung. So kann die Zinklegierung selbst das betreffende Element enthalten.
Dies besitzt den Vorteil, daß das Element immer präsent ist, so daß im Falle einer unwillkürlichen Reaktion mit einer Wasserstoff abgebenden Säure oder Lauge Antimonwasserstoff nicht entstehen kann. Dies ist insofern ein entscheidender Vorteil, als der Verwender der Legierung bzw. eines verzinkten Teils häufig keine ausreichende Kenntnis von der Zusammensetzung der Zinklegierung besitzt.
Andererseits kann aber auh die Beizsäure oder die Lauge das die Wasserstoffüberspannung des Zinks herabsetzende Element enthalten. Hierzu haben Vergleichsversuche ergeben, daß die Wirksamkeit des Elements in diesem Falle größer ist als im Falle eines Einbringens als Legierungsmittel. Hinzu kommt, daß sich auf diese Weise alle antimonhaltigen Zinklegierungen, d.h. auch solche aus der Vergangenheit gefahrlos einer Säure- oder Laugenbehandlung unterwerfen lassen.
Vorzugsweise enthält die Zinklegierung 0,01 bis 0,4%, beispielsweise 0,1% Nickel, das den Vorteil mit sich bringt, beim Feuerverzinken siliziumhaltiger Stähle nicht die Hemmwirkung des Antimons und des Aluminiums zu beeinträchtigen.
In diesem Falle enthält eine erfindungsgemäße antimonhaltige Zinklegierung zur Verringerung der Wasserstoffüberspannung Kupfer, Chrom, Eisen, Molybdän, Wolfram, Nickel, Vanadium, Silber, Kobalt, Germanium und Platin einzeln oder nebeneinander. Dabei kann die Zinklegierung bis 3% Blei, bis 3% Aluminium und 0,05 bis 10%, beispielsweise mindestens 0,1% oder mindestens 1%Antimon, beispielsweise 2 bis 3% Antimon sowie gegebenenfalls auch noch 0,005 bis 0,015% Aluminium enthalten.
Dem Antimon kommt bei dieser Legierung vor allem die Aufgabe zu, beim Feuerverzinken von Stählen trotz sehr unterschiedlicher Siliziumgehalte schwankende Schichtdicken zu vermeiden und gleichzeitig sowohl die Korrosionsbeständigkeit als auch das Aussehen des Zinküberzugs zu verbessern.
Um die Wirksamkeit eines-erfindungsgemäßen Legierungs- oder Säurezusatzes zu veranschaulichen, wurden insgesamt acht Abbeizversuche durchgeführt, bei denen mit 0,01% Aluminium und 2,5% Antimon enthaltendem Zink feuerverzinkte Proben mit einer Oberfläche von 94 cm2 in unterschiedliche Salzsäurelösungen eingetaucht und anschließend die Antimonwasserstoffkonzentration in einer Höhe von 15 cm über der Badoberfläche gemessen wurden.-Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden-Tabelle I zusammengestellt; sie zeigen, daß sich die Konzentration des Antimonwasserstoffs im Vergleich zu dem außerhalb der Erfindung liegenden Versuch 1 in Abhängigkeit von der Eisen- und/ oder Nickelkonzentration der Beizlösung ganz wesentlich herabsetzen läßt. Beispiele hierfür sind die Versuche 6 und 8 mit Antimonwasserstoffkonzentrationen von nur 0,1 ppm bzw.
0,25 ppm im Vergleich zu den 40 ppm des Versuchs 1.
Tabelle 1 Versuch Beizelösung (-15% HCl) Antimonwasserstoff-Zusatz konzentration (ppm) 1 15 Lassen% HCl 40 ohne Zusätze 2 26 g/l Eisen 20 3 4,4 g/l Eisen und 0,05% Inhibitor 2 4 57 g/l Eisen 1 5 100 g/l Eisen 0,5 6 2 g/l Nickel 0,1 7 10 g/l Eisen und 1 g/l Nickel o,5 8 60 g/l Eisen und 1 g/l Nickel 0,25 Bei einem weiteren Versuch wurde eine mit einer 0,01% Aluminium, 2,5% Antimon und 0,1% Nickel enthaltenden Zinklegierung verzinkte Probe in die Lösung des Versuchs 1 gemäß Tabelle I getaucht und in der oben bereits beschriebenen Weise die Konzentration des Antimonwasserstoffs über der Lösung gemessen. Dabei ergab sich eine Antimonwasserstoffkonzentration von nur 2 ppm im Vergleich zu dem 40 ppm des Versuchs 1.
Schließlich wurde bei weiteren Versuchen quantitativ bestimmt, wieviel Prozent des Antimongehalts der Zinkschicht beim Tauchen in eine 15%ige Salzsäurelösung mit oder ohne einen erfindungsgemäßen Zusatz in Antimonwasserstoff reagiert.
Beim Tauchen einer Probe mit einer 1,05% Antimon enthaltenden Zinkschicht in die Lösung des Versuchs 1 wurden 22% des Antimons der Zinkschicht zu Antimonwasserstoff umgesetzt.
Beim Tauchen einer Vergleichsprobe mit einer 1,8% Antimon und 0,11% Nickel enthaltenden Zinkschicht in dieselbe Lösung wurden hingegen nur 2,2% des Antimons der Zinkschicht zu Antimonwasserstoff umgesetzt.
Bei einem weiteren Vagleichsversuch wurde eine Probe mit einer 1,1% Antimon enthaltenden Zintschicht in eine Lösung mit 13,5% Salzsäure, Inhibitor und 43 g/l Eisen getaucht und dabei festgestellt, daß sich nur 7,2% des Antimons der Zinkschicht zu Antimonwasserstoff umgesetzt hatten.
Die drei vorerwähnten Versuche bestätigen somit die in der Tabelle I referierten Versuche.
Um nachzuweisen, daß sich der Nickelzusatz nicht nachteilig auf den Zinküberzug auswirkt, wurden verschiedene Stahlbleche mit nickelfreien und nickelhaltigen, jeweils 2,5% Antimon enthaltenden Zinklegierungen bei einer Temperatur von 4400 C in eisen- und bleigesättigten Bädern verzinkt. Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle II zusammengestellt und lassen erkennen, daß von dem Nickel kein nachteiliger Einfluß auf den Zinküberzug ausgeht.
T a b e l l e II Stahl Si-Gehalt Zinklegierung Zinkauflage in g/m² bei Tauchzeit (%) mit 2 min. 4 min. 8 min. 16 min.
USt 37-2 <0,01 0,01% Al 542 634 769 868 kaltgezogen 0,01% Al, 2,5% Sb 521 620 763 840 0,01% Al, 2,5% Sb, 0,10% Ni 585 683 691 862 RSt 37-2 0,22 0,01% Al 1138 1128 1819 3053 warmgewalzt 0,01% Al, 2,5% Sb 649 915 1436 1500 0,01% Al, 2,5% Sb, 0,10% Ni 546 691 908 1152 St 52-3 0,40 0,01% Al 787 1213 2185 3778 warmgewalzt 0,01% Al, 2,5% Sb 572 814 1238 1636 0,01% Al, 2,5% Sb, 0,10% Ni 582 834 1343 1753

Claims

"Verfahren zur Unterdrückung des Entstehens von Antimonwasserstoff" Patentansprüche: 1. Verfahren zur Unterdrückung des Entstehens von Antimonwasserstoff bei einer Säure- oder Laugenbehandlung, insbesondere beim Beizen antimonhaltiger Zinklegierungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Behandlung in Anwesenheit mindestens eines die Wasserstoffüberspannung des Zinks stärker als das Antimon herabsetzenden Elementes durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Behandlung in Anwesenheit von Kupfer, Chrom, Eisen, Molybdän, Wolfram, Nickel, Vanadium, Silber, Kobalt, Germanium und Platin einzeln oder nebeneinander durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Säure oder Lauge mindestens ein die Wasserstoffüberspannung des Zinks herabsetzendes Element enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Zinklegierung mindestens ein die Wasserstoffüberspannung herabsetzendes Element enthält.
5. Antimonhaltige Zinklegierung, insbesondere zum Feuerverzinken von Stahl mit mindestens einem die Wasserstoffüberspannung des Zinks herabsetzenden Element.
6. Legierung nach Anspruch 5 mit Kupfer, Chrom, Eisen, Molybdän, Wolfram, Nickel, Vanadium, Silber, Kobalt, Germanium und Platin einzeln oder nebeneinander.
7. Legierung nach Anspruch 5 oder 6 mit 0,05 bis 10% Antimon, bis 3% Blei und bis 3% Aluminium, Rest Zink.
8. Legierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, mit 0,005 bis 0,015% Aluminium.
9. Legierung nach einem der Ansprüche 5 bis 8 mit 0,01 bis 0,4% Nickel.
10. Verwendung einer ein die Wasserstoffüberspannung stärker als Antimon herabsetzendes Element enthaltenden Säure oder Lauge zum Behandeln antimonhaltiger Metalle oder Legierungen mit Säure oder Lauge.