JPS60244860A - ふつ化物含有浴を評価、監視および/または制御する方法 - Google Patents

ふつ化物含有浴を評価、監視および/または制御する方法

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JPS60244860A
JPS60244860A JP60099733A JP9973385A JPS60244860A JP S60244860 A JPS60244860 A JP S60244860A JP 60099733 A JP60099733 A JP 60099733A JP 9973385 A JP9973385 A JP 9973385A JP S60244860 A JPS60244860 A JP S60244860A
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acid
bath
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complex
acids
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JP60099733A
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アルフレート・カイゼル
ヘルムート・シユミツト
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    • GPHYSICS
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  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガラスの処理のためのぶつ化物含有浴、特に酸
磨き浴および艶消し浴、または金属および金属合金の処
理のためのぶつ化物含有浴、特に酸洗い浴、を評価、監
視および/または制御する方法に関する。
磨きあるいは艶出しをしたガラス製品を改良するための
酸磨きは長年未知られた方法である。ガラス製品、とり
わけ高価な鉛クリスタルガラス物品およびクリスタルガ
ラス物品、はその声い粗さが取除かれ表面が所望の輝き
を示すまで硫酸とふつ化水素酸の混合物中で高温で処理
される(場合によっては途中で一度または何度も中間洗
浄する)。
しかしこの方法では達成できる磨き成果の質を最終的に
支配する磨き浴の状態の客観的評価が従来困難である。
この評価のための客観的尺度としては一般に磨き浴の濃
度のみが使用できる(例えばドイツ特許公開第2058
398号参照)。勿論濃度は決して浴の磨き能力にとっ
ての断定的な基準ではない。従って実際には方法の操縦
は主観的な基準、すなわち操業者の経験ならびに磨かれ
たガラス表面の質の事後評価に依存する。しかしこれは
磨き洛中の漸次の変化、例えば反応生成物の濃度の上昇
によって出現し得る変化など、を把握するのには十分で
ない。その結果、例えばガラス表面に沈殿し磨き工程の
均一な進行を妨げる塩類の溶解限度を越えるようなこと
が起り得る。このような危い浴の状態は既に磨き損じが
出現した時にはじめて知られるのである。
磨き浴を十分客観的に評価するには硫酸(H2S04)
とぶつ化水素酸(HF)の含量を知ることが絶対に必要
である。何故ならばこれら二つの酸濃度は狭い範囲内に
一定に保たれなければならず、許容し得る帯域は相互に
依存しているからである。その上、けい酸塩性ガラス網
状組織の溶解のさいに反応生成物として生ずるところの
、溶解しているけいふつ化物(sly:0)の濃度も知
られていなければならない。さらに、実際に全ての酸磨
きガラスに含まれており$ 11’60と難溶性の沈殿
を形成するこ゛とのできるアルカリイオンxllE1お
よびlia’の含量も知られていなければならない。成
る系列のガラスではさらにアルカリ土類イオンOaAΦ
およびB a’■が含まれており、それらの硫酸塩およ
びぶつ化物は同様に難溶性である。
磨き浴中で一つの化合物が溶解限度を越えると、ガラス
表面の磨き面に優先的に沈殿して磨き損じ(例えば、い
わゆる1気に懸る”状部)を招くところの沈殿が生成す
る。他のガラス処理法にはその他の陽イオン、例えばN
 n9 、の定量が必要になる。
文献には硫酸とぶつ化水素酸を平行して定量することを
可能とする若干の方法が記載されているが、それらの方
法はガラスの酸磨きや艶消しに関するものではなく、ま
た遊離のぶつ化物イオンと錯体ふつ化物イオンとが同時
に存在しそれを別々に定量するという問題を解決するも
のでもない[J、ベツシール、Y、ビレのペレ・レフラ
クト(ar、Be5siere、Y、Fillet:V
erras Refraet、)32巻(197B)2
4頁およびオリオン・リサーチ・アプリケーションズ・
プルチン(Orion Re5earch Appli
Oations Bulletln) 4号(1970
)参照−〇 一方、錯体結合しているぶつ化物と共存している遊離の
ぶつ化物あるいは種々のマトリックス中の5ilF p
体の定量についての研究がある[D。
E、ジヨルダンのジャーナル・オプ・ザ・アソシエーシ
ョン・オブ・オフィシャル・アグリカルチュラルψケミ
スツ(D、F!、Jordan:J、As5ac+0f
fia、Agr、Ohemists)53巻(1970
)447頁およびW、アウグスチン他のケミア・アナリ
ティツナ(W、Augustin 他:Ohemia 
Analityczna) 22巻(1977) 65
3頁参照]。しかしそこでは酸磨きの場合に通常である
のとは全く異る濃度領域が扱われており、他の強酸が大
過剰に同時に存在していることは顧慮されていない。
ぶつ化水素酸含有量とH2SO4およびH2SiF6の
合計とを同時に定量することも記載されている[m、v
、ベッロゴバの分析化学会誌(E。
V、Begrogova:Zh、anal、Khlm、
)19巻(1964)1498頁参照コが、それによっ
て得られる知識はガラス用の酸磨き浴あるいは艶消し浴
の適切な操縦を可能とするものではない。
この様な問題に直面しているガラス産業あるいは分析実
験室では従来問題の解決のための種々の傾向が存在した
。それは濃度測定に基づく、種々の前処理後の酸滴定に
ついての複雑な重複した計算から、沈殿反応と電気化学
的定量法との組合せにまで及んでいた。これらの方法は
しかし部分的に十分信頼できるものではないか、あるい
は良好な設備をした分析実験室と熟練者を必要とする。
ガラス産業ではこのような前提は一般に決して与えられ
ない。決定的なのは、総合した浴条件の評価に必要な全
てのパラメーターの定量を、例え概略に過ぎなくても、
直接それを浴の操縦に組み込むことができるような短時
間のうちに可能とする従来公知の分析方法は無いという
ことである。そのような短時間に定量を行うためには、
資料の採取時点と評価された分析成果の存在との間に、
一般には約15〜30分継続する−磨きサイクル以上が
経過しないことが要求される。従来公知の方法を最高に
遂行しても、HF、H2S1?6およびH2SO4の定
量(@イオン分析を除く)には良好に設備された実験室
における冬時間にわたる仕事が必要である。Kの、Na
Φ、HHpSaaつおよびB a”の定量はどの分析の
教科書にも記載されているが、酸磨き浴および麩消し浴
については完全な方法は存在しない。
同様な問題は金属、例えば鋳鉄、鋼鉄、アルミニウム、
アルミニウム合金などの表面処理、例えば酸洗い、銹落
し、活性化あるいは電気化学的研磨、刃落しなどのため
の浴にも存在する。この場合にも主としてぶつ化水素酸
が他の強酸と組合せて使用される。さらにけい素が合金
成分または不純物として金属処理浴中に存在しEl i
 llfθを生成することができる。したがって、実際
のぶつ化水素酸濃度を断定するためにはこの錯体結合し
たぶつ化物を定量する必要もある。
従って本発明の目的はぶつ化物含有浴の関連成分につい
ての非常に迅速で信頼できる、しかも同時に簡単な定量
方法を開発することにあった。その定量方法は例えば、
ガラスの酸磨きの際には一般に60分以上を要しない一
処理サイクルの経過した後には既に最後の分析の評価さ
れたデータを利用することができ浴の制御に組み込むこ
とができるように速やかに実施できるものでなければな
らなかった。その上その分析は、個々の工程と使用する
分析装置が問題無く全工程用の自動測定制御ユニットに
統合できるように形成されたものでなければならなかっ
た。
本発明の対象は特許請求の範囲第1項に記載した方法で
ある。この方法の好ましい実施態様は特許請求の範囲第
2項以下の対象である。
錯体ふつ化物の溶解した部分の定量には特に困難が予測
された。何故ならば文献の記載はs 1pi”錯体が非
常に安定であり分析法が殆んど無いことを指摘している
からである[グメリンの無機化学ハンドブック、ケイ素
の部B1システム屋15、(Gmelin:Han+1
buch der Anorganischen Oh
smio、Silia4umToil B、Syste
m lNr、15)646頁およびそこに引用された文
献参照コ。
本発明者は意外にも、この錯体をカリウム塩として沈殿
させ、分離し、適当な緩衝液例えば酢酸塩緩衝液(pH
5)を使用して再溶解して急速な脱鉛体化を起させるこ
とができることを見出した。
この緩衝液中でふっ素含有量を測定し、最初の817;
0含量に逆算することができる。
この分析方法は迅速で、精確で信頼できるものであり、
本発明の方法の非自動的遂行に適している。
この方法は記載したような形では自動化された方法に組
み込むのにあまり適していない。何故ならば沈殿工程や
分離工程は非常に機械化が困難だからである。従って、
SiF6含量を溶解したけい素部分の定量によって探知
することを試た。水溶液中のけい素に対する迅速に実施
することができしかも非常に簡単に自動化することので
さる定量法は8102モリブデン酸塩錯体の測光法によ
る定量測定である。しかしここにも困難が予測された。
何故ならば、測定に利用される着色錯体の出現および発
生は丁度5ilF5錯体も非常に安定であるpH領域で
起るからである。ぞの上、文献にはこれらの着色錯体の
発生には少くとも15分の時間が必要であると記載され
ている[M、M。
ビリュトコ、N、V、ベネデイクトバ、 I、、F。
コルスカのグラス・セラミックス、N、Y、フンサルタ
ンツ・ビュロー・トランスレーション(M。
M、Piryutko、H,V、Eenediktov
aI+、F、Korsak:Glass Oeram、
N。
Y、0onsultants Bureau ’[’r
an81、 )38巻(1981)439〜441頁、
アナリテイツシエス・ラボラトリラム・メタルゲゼルシ
ャフトAG、アナリーゼンフォアシュリ7トS i 0
2 (Analyti8ahes Laborator
ium MetallgesellschaftA()
、、Analysenvorschrift 5in2
)1/工v/62 (1962)、F、ゲプハルト、S
、キンナルのグラステヒニツシエ・ベリヒテ(IF、G
ebhardt、S、Kimmel:Glastech
n、Ber、)36巻(196占)212頁オヨびE、
ウィンターのグラステヒニツシエ・ベリヒテ(1,Wi
nter:Glasteoh、Bar、)41巻(19
6B>522頁参照]。
意外にも、約50倍過剰の5%はう酸溶液の・添加、2
倍過剰の酢酸塩緩衝液(pH3)の添加ならびに5倍過
剰の6%へブタモリブデン酸アンモニウム溶液の添加(
過剰という表現はいずれも試薬と仕込んだ試料の容積の
割合に関するものである)によってS i P6錯体を
定量的に分解しそして5102モリブデン酸塩錯体を、
試料採取の時点後10乃至12分を超えぬうちに測定が
完了するように、速やかに生成させることが可能である
ことが判明した。従って自動的データ把握および評価の
際には、この定量を自動的に進行する処理方法中で統合
して全分析時間を20〜40分以下にするという要請を
充たすことができる。5102定量の後、容易に最初の
s 1p:e含量に逆算することができる。
他の定量はSiF6定量と平行して行うことができる。
遊離のふつ化水素酸の定量は電位差滴定法によるぶつ化
物測定によって、錯体ふつ化けい素s1y”;、eを予
め分離することなく行われる。その際測定条件を調節す
ることによって錯体ふつ化けい素を分解し、溶液中の全
ふつ化物含量を測定する。遊離のぶつ化物の含量は全ふ
つ化物含量と錯体ふつ化物の含量との差から計算される
他の酸、例えばH2BO3、HNO3、Molあるいは
H3P0.の含量も計算によって定量される。その際は
遊離のぶつ化水素酸およびヘキサフルオ四けい酸を把握
する他に、例えば電位差滴定によって行うことのできる
全酸定量が要求される。定量された全酸濃度からぶつ化
水素酸とへキサアルオロけい醗の含量を差引くことによ
って他の酸の濃度が得られる。
多種類の他の酸が存在する場合はそれらの酸の全濃度の
みを定量するか、あるいは個々の醗成分を定量すること
ができる。後者はそれぞれの酸陰イオンを定量すること
によって、例えばHO3あるいは0?を電位差滴定する
ことによって行われる。1種の他の酸との混合物に於い
てはx−1種の酸の陰イオンを定量し、残りの酸の濃度
は全酸濃度から差引くことによって計算することもまた
可能である。
本発明方法の他の実施態様に於いては、浴の評価、監視
および(または)制御に関与するその他の陽イオンを測
定する。それら陽イオンは金属、例えば鋳鉄、鋼鉄、ア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金などの処理浴に於
いては相当する金属イオン、例えばA13■、Fe3■
、Cu2a、 Mn2.qor363、Or’■、Ni
”■、0&2ω、Mg2$、 Mo6e)およびv5Φ
である。ガラスの処理浴の場合は先ず第一にアルカリお
よびアルカリ土類金属イオン、例えばMaΦおよびにΦ
、ならびにアンモニウムイオンが問題である。
陽イオンの定量は例えば電位差滴定法あるいは測光法で
行うことができる。ガラスの処理浴に於いては、アルカ
リイオンあるいはアルカリ土類イオン相互の予期される
強い交さ感受性および非常に大きいマトリックス効果に
もかかわらず例えばカリウムおよびナトリウムを並行し
て定量することに成功したのは意外なことである。関連
文献からは、この領域の十分信頼できしかも再現可能な
定量方法は殆んど不可能であると思われた[オリオン・
リサーチ・アナリテイツシエル・メトーデン・7ユーラ
ー(Organ Re5earchAnalytlaa
her Methoden−Fuhr e r)9版(
1979)参照]。
かくして浴状態の評価に必要な全てのデータは完全に存
在し、予め与えられた理論値との直接比較によって浴へ
の後からの投入あるいは浴の制御を行うことができる。
本発明の方法はガラスの処理、例えば鉛クリスタルガラ
スおよびクリスタルガラスの酸磨き、あるいは平面ガラ
スの艶消し、ならびに金属例えば鋳鉄、鋼鉄、アルミニ
ウムおよびアルミニウム合金の処理、例えば酸洗い、銹
落し、活性化あるいは電気化学的研磨および力落し、の
ためのぶつ化物含有浴の分析的評価および操縦に適して
いる。
この分析的定量は通常恒温条件のもとで、有利には25
’Oに於いて、実施される。分析的定量には有利には電
気化学的(特に電位差滴定による)および(または)測
光的方法が応用される。
本発明の方法の各工程、すなわち試料採取、分析的定量
、数値把握、評価およびそれに基づく浴の操縦および(
または)制御、のうちの一工程、多工程または全工程を
自動的に行うことができる。
分析的測定値の把握および(または)その評価をICD
Vで行うことができる。
本発明の方法は短時間内に、例えばガラスの通常の酸磨
きサイクルである15=20分以内に、浴の評価と操縦
に関連する測定値を与えるという利点を有している。得
られた数値は一つまたは多数の浴の操縦および(または
)制御に使用することができる。従って方法の全工程を
非熟練者が短い習熟の後に市販の装置を用いて実施する
ことができる。
以下実施例および参考例をあげて本発明を説明する。
参考例1 (カリウム塩として沈殿させることによるH
2S1?6の定量) 恒温に保った試料1rnlに冷い飽和硝酸カリウム溶液
5mJとメタノール1mjを加え、10分間水浴中で冷
却する。沈殿を遠心分離し、小量の冷い硝酸カリウム溶
液で洗い、再び遠心分離する。
二つの遠心分離液を合併する。沈殿をiQmlの酢酸塩
緩衝液(pu5)に溶解し、その溶液に水を加えて10
0rnlにする。この溶液から1mlを採取し、i9m
jのH2Oおよび2Qmlの酢酸塩緩衝液で希釈する。
合併した遠心分離液20rI11に酢酸塩緩衝液20m
1を加える。双方の溶液をぶつ化物イオン感受性電極(
ぶつ化ランタン結晶膜を有する)を用いてそのぶつ化物
含有を測定する。再溶解した沈殿のぶつ化物含量を最初
に存在していたH SiF2の含量に換算する。遠心分
離液のぶつ化物含量は遊離のぶつ化水素酸の最初に存在
していた部分を与える。二つの計算値の合計は最初の試
料の全ふつ化物含有量に一蚊しなければならない。最初
の試料の全ふつ化物含有量の補助測定は分析経過の管理
となる。
参考例2(sio□モリブデン酸塩錯体の測光分析によ
るH SiF6の定量) 恒温に保たれた磨き浴試料1mlにH2O60m1,5
%はう酸溶液4Qm!および酢酸塩緩衝液(pa3)2
mlを加える。これに6%へブタモリブデン酸アンモニ
ウム溶液5mlを加え、そしてその混合物をiooml
にする。約5〜10分待って黄色の8102モリブデン
醗塩錯体を生成させ、光度計で波長4oonmに於ける
吸光を盲検体のそれと比較して測定する。そうして探知
したS i Oxの含量から磨き浴の最初のへキサフル
オ四けい酸の含量を計算することができる。
実施例1 (手動定量) ガラス用の酸磨き浴から約iQmlの試料を手で採取す
る。その各1mlを使って濃度(重量計量的)、遊離ぶ
つ化水素酸の含量(電位差滴定による)、錯体結合して
いるぶつ化物の含量(参考例1に従って)、全酸含量(
電位差滴定)ならびにカリウムおよびナトリウムの含量
(i!電位差滴定よる)を測定する。全酸含量と遊離ぶ
つ化水素酸および錯体化ぶつ化物の含量とから硫酸の濃
度を定量する。すべての数値を簡単な評価プログラムを
使って直接重量%単位に換算する。
実施例2(自動数値把握による手動定量)分析は実施例
1に於けるように行うが、ただし個々の測定器具(光度
計および秤)を直接数値把握システム(例えば統合アナ
ログ・デジタル変換器を備えたDIO社のM工Noシス
テム)に結合する。簡単なプログラムによって、変換さ
れた測定値を把握し、それから所望の濃度数値を重量%
単位で直接計算する。
実施例6 ガラス用の酸磨き浴の永久にポンプで動かされている部
分循環から、投入ポンプの助けをかりて部分試料をぶつ
化物含量の電位査滴定による定量のために秤量システム
ならびに駆動測定システムへ時々送る。
他の部分試料を全酸室量のためのプロセス自動滴定器、
カリウムおよびナトリウムの定量のための電位差滴定装
置ならびに参考例2による錯体結合しているぶつ化物の
定量のためのプロセス光度計に供給する。条件調整工程
および測定工程はこの部分システムでは自動的に行われ
、同様な工程を経て相当する測定値が得られる。小さな
計算機(例えばDIDO社のM工NOシステム)がアナ
ログ・デジタル変換した数値を把握し、それから個々の
濃度を計算する。予め与えられた理論値と9直接比較に
よってぶつ化水素酸あるいは硫酸の追加投入すべき量が
直ちに計算されそして適切な方法で供給される。
実施例4 鋼鉄の化学的続落し用の酸洗い浴から約101111ノ
の試料を採取する。その各1mlを使って濃度(重量計
量的)、全ぶつ化物含料(電位差滴定による)、錯体結
合しているぶつ化物の含量(参考例1による)およびH
No3の含量(測光法による)・′を定量する。全ふつ
化物含量と錯体結合しているぶつ化物の含量の差から遊
離のぶつ化物の含量を計算する。探知した濃度の助けを
かりて全ての濃度を重量%単位に換算する。
第1頁の続き ■Int、C1,’ 識別記号 庁内整理番号G Ol
 N 27746 B−7363−2G[相]発 明 
者 へルムート・シュミツ ドイツ連邦共和国ト シュ
ナイダー・シュ ヘツクベルク、テイルマン書す−メン トラーセ 15

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、H2B11F6を←)存在する81村0イオンをに
    2B1F6として沈殿させ、沈殿した塩を再溶解しそし
    てぶつ化物含有量町′電隼羊定量するか、または←)存
    在するS IF:0イオンを8102モリブデン酸塩錯
    体に変換しそして該錯体trQlil光定量することに
    よって定量し、HIPを全ふっ化物含有量を定量しそし
    て3176の形で錯体結合しているぶつ化物を差引くこ
    とによって定量し、そして他の酸を冷厳濃度を定量しそ
    してHlおよびH21311F5に帰せられる酸成分を
    差引くことによって定量することからなる、HP、H2
    811F5および一種または多種の他の酸の含有量を定
    量するこζによってぶつ化物含有浴を評価、監視および
    /または制御する方法。 2、ガラスの処理用のふっ素含有浴に適用される特許請
    求の範囲第1項記載の方法。 3、他の酸がH2SO4である特許請求の範囲第2項記
    載の方法。 4、金属または金属合金の処理用のふっ素含有浴に適用
    される特許請求の範囲第1項記載の方法。 50.他の酸がHOI、H1i03および(または)H
    3PO,である特許請求の範囲第4項記載の方法。 6、多種の他の酸が存在する場合に個々の酸成分を特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 7、浴中に存在する陰イオンと沈殿を形成することので
    きる陽イオンの含有量を特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の方法。 8、ガラスの処理用の浴の場合にアルカリ金属陽イオン
    、アルカリ土類金属陽イオンおよび(または)アイモニ
    ウム陽イオンを定量する特許請求の範囲第7項記載の方
    法。 9、金属または金属合金の処理用の浴の場合に金属陽イ
    オンを定量する特許請求の範囲第7項記載の方法。 r、全ふつ化物含有量および全酸濃度の定量を電気化学
    的および/または測光法的に行なう特許請求の範囲第1
    項記載の方法。 几 定量を電位差滴定法で行なう特許請求の範囲第10
    項記載の方法。 認、試料採取、分析的定量、数値把握、評価およびそれ
    らに基づく浴の操縦および(または)制御の工程の一つ
    、一つ以上または全てを自動的に行う特許請求の範囲第
    1項記載の方法。 市0分析的測定数値の把握および(または)その評価を
    KD’Vで行う特許請求の範囲第1項記載の方法。 14、分析的定量の成果を一つまたは多くの浴の操縦お
    よび/または制御に利用する特許請求の範囲第1項記載
    の方法。 凍、操縦および/または制御を新しい酸の追加投入によ
    って行う特許請求の範囲第14項記載の方法。
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