SE452481B - Forfarande for regenerering av betbad samt regenererbar losning for betning av jern- och stalforemal - Google Patents

Description

452 481 och klorväte. Det senare absorberas under återvinning av betsyran. Man måste härvid räkna med en viss förlust av klorväte, eftersom även restsyran går in i ugnen.

Det är även teoretiskt möjligt att regenerera betbadet genom elektrolys. Järnet i betbadet fälls därvid ut vid elektrolyscellens katod. För att man skall kunna genomföra denna elektrolys måste betbadet (elektrolyten) utgöras av en i det närmaste neutral lösning av ferroklorid. Eftersom betbadet dock innehåller en relativt hög halt av restsyra erhåller man huvudsakligen vätgasutveckling vid katoden, d.v.s. metallutfällningen blir liten i förhållande till den förbrukade elenergin.

En neutral lösning kan åstadkommas genom indunstning av betbadet och utkristallisering av järnklorid samt avskilj- ning av överskottssyran, som därefter kan återföras till betprocessen.

Eftersom järnklorid är mycket lättlöslig krävs dock en kraftig indunstning av badet, för att utkristallisering skall kunna ske. Den efterföljande elektrolysen kräver dessutom mycket elenergi, eftersom en stor del av kloriden förbrukas genom klorgasutveckling, samtidigt som oxidation sker vid anoden av ferroklorid till ferriklorid. Den grad- visa uppkoncentrationen av Fe III ändrar polariteten, vilket leder till utfällning av basiska salter under kraftigt sjunkande strömutbyte.

En konventionell elektrolyscell för återvinning av betsyra måste därför vara av diafragmatyp med jonbytande membran som skiljevägg mellan anod- och katodrum, för att inte den vid anoden bildade syran skall hindra järnutfäll- ningen vid katoden.

Ett konventionellt betbad med god betverkan innehåller vanligen 100-200 g fri saltsyra per liter betbad med 0-80 g Fe2+ och angriper grundmaterialet kraftigt. Vid betning av järn- och ståldetaljer med glödskal, normalt bestående av Fe0'Fe2O3-oxider erhålles därför punktfrätningar, beroende på att oxiden har hög potential i förhållande till järnet i den aktuella lösningen och är katodiskt till grundmaterialet, som blir lösningselektrod, på grund av sin 452 481 anodiska potential. Glödskalet löses således inte i syran, utan snarare "sprängs" bort, genom att syran tränger under glödskalet och lyfter bort detta. Fe304-oxiden samlas på botten av syrabadet som ett betslam. För att begränsa frät- skadorna på grundmaterialet används betinhibitorer. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande för betning av järn- och stâlföremäl, vilket under ett högt strömutbyte möjliggör en tillräcklig rege- nerering av betsyran, varvid betningen kan ske i en sluten process där restprodukterna är betade järn- och stälföremäl samt rent elektrolytjärn.

Förfarandet enligt uppfinningen kännetecknas av att föremålen förs ned i ett betbad med en temperatur översti- gande 25ïC, och innehållande en ferrokloridlösning med låg halt av fri saltsyra, vilket betbad regenereras kontinuer- ligt i ett cirkulationssystem med celler, vilka är kopplade elektriskt i serie med en likströmskälla och parallellt i förhållande till betbadsflödet, för elektrolytisk utfäll- ning av järn och återvinning av fri syra.

Lämpligen innehåller betbadet minst 300 g FeCl2 per liter och högst 50 g fri syra räknat som HC1 per liter.

Lämpligen sänks ferrokloridhalten med högst 10 g per liter lösning, vid dess passage genom nägondera av elektro- lyscellerna och strömstyrkan vid resp. katod i dessa är företrädesvis mellan 0,2 - 10 A per dm2 av katodytan.

En lösning för betning av järn- och stålföremål, vilka är avsedda att genomgå en efterföljande ytbehandling eller mekanisk bearbetning, omfattande: FeCl2, Fe och HCl upp- visar lämpligen följande halter: FeCl2 mellan 250 och 450 g/1, Fe mellan 110 och 200 g/1 och HCl mellan 5 och 50 g/1.

Genom att betningen enligt uppfinningen sker vid höga halter järn och således låg halt fri syra samt vid förhöjd temperatur erhålles god upplösning av oxiderna, utan frät- ning på grundmaterialet. Den goda betverkan trots den höga järnhalten i betbadet beror på kloridens komplexbildande förmåga. En stor del av järnet i betbadet är nämligen bundet i anjonform enligt: (Fec14)2' 452 481 Denna komplexjon är i jämvikt med de andra jonerna i badet tack vare betbadets förhöjda temperatur, vilken medför en högre halt fria vätejoner.

Eftersom järnets joniseringstryck är relativt lågt i en ferrokloridlösning med låg halt fri syra är det möjligt att fälla ut järnet elektrolytiskt med högt strömutbyte, kato- diskt i en enkel elektrolyscell, utan jonbytande diafragmor mellan anod och katod.

Uppfinningen skall i det följande närmare förklaras med hänvisning till ett utföringsexempel och den bifogade rit- ningen, som schematiskt visar en betningsanläggning för betning enligt förfarandet och med regenerering av betsyran i ett slutet system.

Figuren visar en pilotanläggning för betning av gjut- järn och varmvalsat gods före varmförzinkning. Med 10 har betecknats en tank innehållande betbad. Gods representerat av pilen 11 förs medelst transportör ned i betbadet efter förberedande avfettning och sköljning. Det betade godset representeras av pilen 12. I Betbadet pumpas kontinuerligt från tanken 10 medelst en pump 13, via fem med pumpflödet parallellkopplade elektro- lytceller 14 och tillbaka till tanken 10 med hjälp av en returpump 15. Elektrolytcellerna är elektriskt seriekopp- lade med positiva och negativa polen 16 resp. 17 till en likströmskälla. Varje elektrolytcell 14 innehåller på känt sätt en anod 18 och en katod 19.

Följande betingelser råder: I betbad 3 Volym: 10 m Godsflöde: 2 ton/h Utlöst järn: 10 kg/h Teoretisk mängd förbrukad syra per timma 15 kg HCl 100% 50 kg syra 30% Koncentration: FeCl2 340 g/1 Fe 150 g/1 fri HC1 20 g/1 Temperatur: 40° I betbadet sker bl.a.

I regenereringsdel Dim.

Elektrodsystem: Spänningsfall per cell: Strömtäthet: Strömriktare: Strömstyrka per cell: Total strömmängd: 452 481 5 följande reaktioner: Feo -->Fe2+ Fe3+ 5Fe2+ l500xl000Xl200 mm 5 celler med bipolära elektroder anod: grafit katod: rostfri, syrafast 2,5 V 2 A/dm2 16 V, 1000 A 900 A 4500 Ah Teoretisk mängd utfälld Fe: 4680 g Verklig mängd utfälld Fe: Beräknat strömutbyte: Atervinnen syra: 4300 g 91 % 22 kg 30%-ig I elektrolyscellerna sker följande reaktioner: Katod Fe2+--9Fe0 Anod Fe2+--§Fe3+ Katodplåtarna 19 utgörs av 0,1 mm rostfri, syrafast plåt. Med jämna intervaller byts katoderna i cellerna 14.

Det på katoderna utfällda elektrolytjärnet kan härvid enkelt avlägsnas genom vikning av plåtarna.

Under elektrolysen systemet med ett flöde innebär att skillnaden cirkulerar betbadet genom cell- av cirka 30 liter per minut. Detta i koncentration av järn i in- och utgående lösning är mellan 2,0 - 2,5 g/l. I föreliggande fall, med en järnupplösning i betbadet av 10 kg/h, erhålles således en 40 %-ig återvinning av syran.

För att en fullständig återvinning skall erhållas krävs således ett cellsystem med en sammanlagd ström av 10 000 A.

Detta betyder att strömriktaren mäste dimensioneras för t.ex. 16 V och 2000 A eller 24 V och 1000 - 1500 A. 452 481 Det senare alternativet är fördelaktigare eftersom kostnaden för en strömriktare huvudsakligen är beroende av strömkapacitet och inte på effekt eller spänning.

Regenereringscellerna kan byggas i ett modulsystem, som kan anpassas till de flesta befintliga betanläggningar, vid övergång till betprocess enligt föreliggande uppfinning.

De ovan angivna dimensionerna och värdena kan varieras inom ramen för efterföljande patentkrav. Betmetoden enligt uppfinningen kan användas i kombination med konventionella betförfaranden. Till det ovan beskrivna betbadet kan till- sättas en aktivator, ett ytaktivt medel med hög affinitet till metallytan, vilket underlättar betbadets inträngning mellan glödskal och metallyta. Vidare kan elektrolysström- men mellan polerna 16, 17 pulsas lågfrekvent, vilket ger en lägre polarisation och därmed ett högre strömutbyte.

Claims (5)

452 481 PATENTKRAV

1. ~ Förfarande för regenerering av betbad (10) för betning av järn- och stålföremål, vilka är avsedda att genomgå en efterföljande ytbehandling eller mekanisk bearbetning, k ä n n e t e c k n a t därav, att betbadet hålls vid en temperatur mellan 25 och 50°C, och innehåller Fe med en halt av 110-200 g/l och fri saltsyra, HCI med en halt av 5-50 g/1 betbad, vilket regenereras kontinuerligt i ett cirkulationssystem med celler (14), vilka är kopplade till en likströmkälla (16, 17), för reducering av halten Fe i betbadet genom elektrolytisk utfällning av järn och ökning av halten fri syra, HC1.

2. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k - n a t därav, att betbadet (10) innehåller minst 300 g ferroklorid per liter.

3. Förfarande enligt kraven 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att ferrokloridhalten, under lösningens passage genom respektive elektrolyscell, sänks med högst 10 g per liter lösning.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att strömstyrkan vid resp. katod (19) i elektrolyscellerna (14) är mellan 0,2 - 10 A per dmz katodyta.

5. Regenererbar lösning för betning av järn- och stålföremål, vilka är avsedda att genomgå en efterföljande ytbehandling eller mekanisk bearbetning, omfattande: FeCl2, Fe och HCI, k ä n n e t e c k n a d därav, att halten FeC12 i lösningen uppgår till mellan 250 och 450 g/l, att halten Fe i lösningen uppgår till mellan 110 och 200 g/l, och att halten fri syra, HCl uppgår till mellan 5 och 50 g/1. . ._ ...n-.fi ...a-e-»aflv- _..-- .