ITMI960936A1 - Procedimento per il decapaggio dell'acciaio nel quale la ossidazione dello ione ferroso formatosi viene effettuata per via elettrochimica - Google Patents
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Description
Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:
Procedimento per il decapaggio dell'acciaio nel quale la ossidazione dello ione ferroso formatosi viene effettuata per via elettrochimica.
DESCRIZIONE
Scopo della presente invenzione è la realizzazione di un procedimento di decapaggio dell'acciaio, ed in particolare dell'acciaio inox, effettuato in un bagno contenente quali costituenti essenziali HF e ioni ferrici, nel quale la ossidazione di Fe<2+ >formatosi nel processo di decapaggio a Fe<3+>, necessaria per mantenere il potenziale Redox della soluzione al valore prestabilito viene effettuata con un metodo di ossidazione elettrochimica che agisce direttamente sulla soluzione di decapaggio tal quale, preferibilmente in modo continuo.
Il metodo di ossidazione elettrochimica secondo la presente invenzione può essere applicato vantaggiosamente in tutti i procedimenti di decapaggio noti, l'ossidazione elettrochimica di Fe<2+ >a Fe<3+ >nella soluzione di decapaggio può sostituire i sistemi convenzionali di ossidazione di Fe<2+ >a Fe<3+ >mediante ossidanti chimici quali ad esempio H2O2, ossigeno (aria), HNO3. L'ossidazione elettrochimica secondo la presente invenzione viene realizzata con due elettrodi con funzioni rispettivamente di catodo e di anodo, immersi nella soluzione di decapaggio da ossidare, ai quali viene applicata una tensione elettrica continua di valore sufficiente ad ossidare Fe<2+ >a Fe<3+>all'anodo e a ridurre H<+ >ad H2 gassoso al catodo.
Il processo può essere realizzato in una cella elettrolitica apposita in cui si invia la soluzione proveniente dal bagno di decapaggio in modo continuo, detta cella elettrolitica essendo preferibilmente provvista di un diaframma per separare la zona catodica dal resto dell'elettrolita. Dalle prove effettuate di ossidazione elettrolitica della soluzione di decapaggio è risultato che è possibile anche operare in una cella elettrolitica "a corpo unico" cioè senza diaframma di separazione della zona catodica da quella anodica purché la densità di corrente sulla superficie catodica sia molto elevata, dell'ordine di 50 ± 400 A/dm<2 >mentre quella anodica è tenuta a valori dell'ordine di 0,5 ± 4 A/dm<2 >ossia cento volte minore di quella catodica.
Quanto alla tensione applicata agli elettrodi essa è in funzione tra l'altro dell'intensità del flusso di corrente che si vuole mantenere nella cella elettrolitica.
Dalle prove effettuate è risultato che tensioni comprese tra 1 e 2 V sono in generale idonee in pratica a condurre il processo con intensità di corrente adeguata a realizzare una velocità di ossidazione soddisfacente.
Quanto al materiale di cui sono costituiti gli elettrodi, il platino è certamente idoneo per la sua caratteristica di inalterabilità nella soluzione da trattare ma ovviamente è da escludere per motivi economici negli impianti industriali. Sono risultati idonei per l'anodo la grafite e il carbone granulare come pure il Pb. Per il catodo si può utilizzare vantaggiosamente il ferro o l'acciaio inox. La possibilità di ossidare elettroliticamente la soluzione di decapaggio nell'ambito di un processo di decapaggio di acciaio inox o di acciaio comune risulta dalle prove di laboratorio effettuate delle quali si riportano qui le più significative. Da queste prove si deducono le condizioni operative applicabili nell'ambito di un processo industriale di decapaggio utilizzando un bagno contenente ioni Fe<3+ >e acido fluoridrico o miscela HF H2SO4.
Il metodo di ossidazione elettrochimica secondo l'invenzione oltre che nel decapaggio dell'acciaio inox è utile nel decapaggio di altri tipi di acciaio dove lo ione Fe<2+ >nella soluzione decapante va ossidato continuamente a Fe<3+ >ad esempio nel decapaggio di acciai al nichel o a nichel cobalto secondo il brevetto giapponese 235-581 Uyemura.
Prova 1
La cella del tipo "a corpo unico" era attrezzata con anodo in platino di tipo "retinato" di dimensioni 5,3 x 11 cm, di superficie effettiva totale di 100 cm<2 >. Il catodo pure in platino con superficie effettiva di ca. 1 cm<2 >. Il volume della soluzione elettrolitica era di 100 mi. La soluzione in prova aveva la seguente composizione:
La temperatura della soluzione era quella ambiente.
La tensione applicata era compresa tra 1 e 2 V ed era regolata in modo da mantenere una intensità di corrente costante di 1A.
A intervalli regolari di 15 minuti si è misurato il potenziale
Crescita totale del potenziale = 0,107 Volt.
Prova 2
La cella del tipo "a corpo unico" era attrezzata con anodo in platino come quello della prova 1 e catodo in ferro con rapporto superficie catodica/superficie anodica di 1/100. Il volume della soluzione elettrolitica era 1.000 mi, la composizione era la seguente:
La temperatura della soluzione era quella ambiente.
La tensione applicata era compresa tra 1 e 2V ed era regolata per avere una intensità di corrente costante di 4A. Dopo 60 minuti di elettrolisi i dati analitici a confronto con quelli iniziali sono i seguenti:
Risulta pertanto ossidata a Fe3<+ >una quantità di 6,3 g di Fe<2+ >con un aumento del potenziale Redox di ca. 30 mV. Si calcola da questi dati una resa di corrente dell'ordine del 75%·
Prova 3
La cella del tipo "a corpo unico" era attrezzata con gli stessi elettrodi della prova 2, il volume di elettrolita di 1000 mi la temperatura ambiente.
La soluzione iniziale era la seguente:
La tensione applicata compresa tra 1 e 2 V era regolata in modo da avere intensità costante di 4A.
Dopo 60 minuti di elettrolisi i dati analitici a confronto con quelli iniziali sono i seguenti:
Risulta pertanto l'ossidazione di 5.4 g di Fe<2+ >a Fe<3+ >ed un aumento di potenziale Redox di circa 33 mV. Si calcola da questi dati una resa di corrente dell'ordine del 64%.
Prova 4
La cella utilizzata era attrezzata con catodo e anodo di platino uguali a quelli della prova 1. La cella conteneva 80 mi di elettrolito ed era provvista di membrana di NAFION di separazione della zona catodica. La tensione si è regolata nell'ambito tra 1 e 2 V in modo da avere intensità costante di 0,5 A.
La composizione iniziale dell'elettrolita era la stessa della prova 1. Ad intervalli regolari di 15 minuti si è misurato il potenziale Redox della soluzione, qui riportato in Tabella:
Crescita totale del potenziale della soluzione = 0,194 Volt. Da un confronto dei dati della prova 1 con quelli della prova 4 risulta per quest'ultima una velocità di ossidazione degli ioni Fe<2+ >nella soluzione ed un rendimento di corrente molto più elevati di quello che si ha nella prova 1. Questo è dovuto sostanzialmente al fatto che nella prova 4 si è usata una cella provvista di diaframma per la separazione della zona catodica dalla rimanente soluzione elettrolitica.
Una applicazione pratica del processo di ossidazione elettrolitica della soluzione di decapaggio viene illustrata nel seguente esempio.
ESEMPIO
In un impianto industriale per il decapaggio di acciaio inox secondo il processo descritto nel brevetto europeo 582121 della Titolare vengono processate 500 tonn./giorno di acciaio austenitico della serie 300 provenienti dal processo di laminazione a caldo, sotto forma di coils con spessore della lamiera di 3.2 mm.
Prima di subire il trattamento di decapaggio chimico, il materiale viene sottoposto ad una operazione di descagliatura meccanica che rimuove parte del film di ossido di cromo, ferro e nichel formatosi durante la fase di ricottura.
Il decapaggio chimico avviene in due vasche di circa 25 m<3 >in ciascuna, separate idraulicamente, aventi la seguente composizione e parametri operativi.
Il contenuto di acidi liberi nei bagni viene mantenuto alimentando in continuo acido solforico e tramite pompe dosatrici.
Durante il processo di decapaggio, per effetto della reazione:
il rapporto Fe<3+>/Fe<2+ >tende a diminuire e deve essere continuamente ripristinato ossidando il ferro bivalente a ferro trivalente.
Per mantenere il rapporto Fe<2+>/Fe<2 >nei valori sopra descritti è necessario condurre l'ossidazione in modo tale che il potenziale Redox della soluzione venga mantenuto al valore prestabilito. L'impianto è costituito da una vasca di dimensioni 3 x 1.3x 1.1 m suddivisa in 12 scompartì che costituiscono altrettante celle elettrolitiche con collegamento elettrico in serie tra loro. Ogni cella comprende 4 piastre anodiche di grafite aventi ciascuna una superficie anodica utile di 2 m<2 >ca. per un totale quindi di 8 m<2 >di superficie anodica per cella e di 96 m<2 >per tutto l'impianto. Tra una piastra anodica e l'altra (disposte a ca. 6 cm una dall'altra) è interposto il catodo costituito da un tondino di acciaio inox del Φ di 6 mm avente una superficie catodica utile di ca 0.2 dm<2>. Il rapporto tra superficie catodica e anodica è pertanto di 1:100. La tensione applicata alla batteria di celle è tra 12 e 24 V (corrispondenti a 1+2 V per cella) ed è regolata in modo da avere una intensità di corrente di 3200 A. La densità di corrente anodica risulta mediamente di 4 A/dm<2>.
Il volume di liquido che costituisce l'elettrolita della batteria di celle è di circa 3
La soluzione decapante proveniente dalla l<a >e 2<a >vasca di decapaggio viene alimentata alla batteria di ossidazione elettrolitica e da questa rinviata alle vasche di decapaggio con due pompe di circolazione indipendenti, a portata regolabile (in funzione del potenziale Rendox misurato in ciascuna vasca) dell'ordine di 2 m<3>/h.
Regolando la portata in modo differente per le due vasche si può stabilire in ciascuna un diverso valore del potenziale Rendox. L'energia elettrica consumata nelle 24 ore è mediamente di 1.200 KWh pari a 2 KWh per tonn. di acciaio trattato.
Lo stesso impianto di decapaggio fatto funzionare con acqua ossigenata quale mezzo di riossidazione di Fe<2+>, nel trattamento dello stesso tipo di acciaio inox, consumava un quantitativo di acqua ossigenata a concentrazione 28% peso che poteva arrivare a 3 kg/tonn di acciaio trattato.
Claims (5)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di decapaggio di acciaio, in particolare di acciaio inox, in cui si impiega una soluzione decapante contenente come ingredienti essenziali HF e ioni Fe<3+ >caratterizzato dal fatto che l'ossidazione a Fe<3+ >degli ioni Fe<2+ >formatisi durante il processo, per mantenere la concentrazione di Fe<3+ >al valore prestabilito viene effettuata per via elettrochimica sottoponendo la soluzione decapante tal quale ad un processo di ossidazione in una cella elettrolitica fornita di anodi in materiale inalterabile scelto tra grafite, carbone granulare, piombo e di catodi in ferro o acciaio inox, detta cella funzionando con una tensione applicata tra 1 e 2 V e con densità di corrente anodica tra 0,4 e 4 A/dm<2 >e catodica tra 40 e 400 A/dm<2>.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 nel quale si impiega una cella elettrolitica provvista di diaframma di separazione della zona catodica dal resto dell'elettrolita.
- 3- Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, nel quale la soluzione decapante comprende anche
- 4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui la soluzione decapante viene prelevata dalla vasca di decapaggio in continuo e inviata all'impianto di ossidazione elettrolitica dal quale ritorna alla vasca in circuito chiuso.
- 5. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui il diaframma di separazione è costruito in NAFION.
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