一種基于Fenton氧化反應(yīng)的鋼材酸洗液及酸洗工藝制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于Fenton氧化反應(yīng)的鋼材酸洗液及酸洗工藝。該酸洗液以質(zhì)量百分比計(jì)，啟動(dòng)劑1～5％、硫酸5～30％、氫氟酸3～10％、雙氧水0.1～20％、緩蝕劑0.05～2.0％、穩(wěn)定劑0.01～2.0％、潤(rùn)濕劑0.05～1.0％、光亮劑0.01～1.0％和水余量。本發(fā)明專利技術(shù)的酸洗液具有不含硝酸，酸洗速度快，質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)徹底解決了酸洗車間冒黃煙，以及廢水含氮等一系列環(huán)境問題。酸液和雙氧水混合液以射流的方式從酸液分配管的出液孔噴出，酸液上下翻滾呈旋流狀，這種酸洗工藝可以加速氧化鐵皮的剝離，大大提高反應(yīng)效率，節(jié)約藥劑使用量和運(yùn)行成本。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及金屬表面處理，尤其涉及一種鋼材酸洗液及酸洗工藝。
技術(shù)介紹
鋼材通過熱乳制成各種板材和型材時(shí)，在高溫條件下其表面會(huì)被空氣中的02氧化，產(chǎn)生黑色、黃色的緊密氧化層。無論是為了提高鋼材的外觀和耐蝕性，還是為了后續(xù)的冷乳、拉拔、涂層或覆層等加工工序，都必須對(duì)其進(jìn)行酸洗處理。通常鋼鐵中除了鐵原子之夕卜，還含有其他元素的原子，如硅鋼中含有相當(dāng)多的硅原子，不銹鋼和耐熱鋼中含有很多的鉻、猛、鎳原子和少量的鈦、鉬原子等，普通碳素中含有少量的碳、娃等。金屬鐵在高溫下被氧化生成Fe0、Fe203、Fe304。金屬絡(luò)的氧化物為Cr0、Cr203，Cr03，其中CrO很不穩(wěn)定，在空氣中氧化變成Cr203，Cr203是一種綠色的難溶物質(zhì)，幾乎不溶于酸堿溶液，Cr03(鉻酐)能溶于硫酸和硝酸溶液中。金屬鎳的氧化物有N1和Ni203兩種，N1溶于鹽酸和硫酸，Ni203堅(jiān)韌致密，不溶于硫酸。金屬錳能溶于酸中，鋼絲表面氧化皮屬于低價(jià)錳，能溶于酸中。硅的氧化物為Si02，僅能和酸中的氫氟酸作用，Si02溶于熱堿溶液中生成相應(yīng)的硅酸鹽。金屬鉬只能溶于硝酸和熱硫酸中氧化物為Mo203，溶于酸、堿中。金屬鈦在常溫下很穩(wěn)定，Ti02溶于硫酸和堿中。通常采用混酸酸洗工藝去除表層的氧化鐵皮，酸溶液在與氧化鐵皮起化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，也可以通過裂隙和孔隙滲透而與鋼鐵基體的鐵起化學(xué)反應(yīng)。在氧化鐵皮中，浮氏體只是靠近鋼材的表面上存在，而鐵皮外層的Fe304和Fe 203，在酸溶液中是比較難以溶解的。但由于鐵皮層存在裂縫和氣孔(特別是通過破鱗或拉矯之后)，因此酸溶液便能通過這些裂縫、氣孔到達(dá)金屬表面和浮氏體層，隨著金屬鐵和浮氏體的溶解，便減少了鐵皮與金屬之間的附著力，并在酸液與金屬鐵反應(yīng)過程中生成的氫氣作用下，氧化鐵皮便從基體上脫落。與此同時(shí)，難溶的Fe304及Fe203，也被還原成容易溶解的FeO，從而使氧化鐵皮從鋼材表面剝離下來。酸洗的過程主要包括了以下3個(gè)方面的作用。(1)溶解作用鋼材表面氧化鐵皮中各種鐵的氧化物與酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成溶于水的鐵鹽而溶解于酸溶液內(nèi)，例如生成可溶解于酸液的正鐵及亞鐵氯化物或硫酸鹽，從而把氧化鐵皮從帶鋼表面除去。(2)機(jī)械剝離作用鋼材表面氧化鐵皮中除鐵和其他金屬各種氧化物之外，還夾雜著部分的金屬鐵。而且氧化鐵皮又具有多孔性，那么酸溶液就可以通過氧化鐵皮的孔隙和裂縫與氧化鐵皮中的鐵或基體鐵作用，并相應(yīng)產(chǎn)生大量的氫氣。由這部分氫氣產(chǎn)生的膨脹壓力，就可以把氧化鐵皮從鋼材表面上剝離下來。(3)還原作用金屬鐵與酸作用時(shí)，首先產(chǎn)生氫原子。一部分氫原子相互結(jié)合成為氫分子，促使氧化鐵皮的剝離。另外一部分氫原子靠其化學(xué)活性及很強(qiáng)的還原能力，將高價(jià)鐵的氧化物和高價(jià)鐵鹽還原成易溶于酸溶液的低價(jià)鐵氧化物及低價(jià)鐵鹽。另外，影響酸洗性的另外一個(gè)重要因素是氧化鐵皮的致密度。浮氏體具有天然的最大孔隙率，而Fe304層及Fe 203層是致密的，它們會(huì)把鐵皮中其他氧化層內(nèi)的氣孔全部堵死，從而阻礙了酸液的滲入。為了提高氧化鐵皮的可酸洗性，可以通過采用破鱗設(shè)備增加裂紋，提高酸液滲入率。通常采用的酸液主要包括順03、冊(cè)、!1(:1、陽04等，濃度范圍為5?20%。為提高酸洗速度，酸液的酸濃度通常會(huì)較高，同時(shí)會(huì)對(duì)其進(jìn)行加溫，其溫度范圍為40?80°C。金屬及金屬氧化物與高溫強(qiáng)酸酸洗液發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，氣體和水蒸氣在上升過程中攜帶易揮發(fā)的酸性氣體而產(chǎn)生大量酸性氣溶膠態(tài)污染物，即為酸霧。通常使用酸霧抑制劑在酸洗液液面層形成致密的泡沫層，抑制酸霧的逸出，大大降低的瞬時(shí)濃度，然而金屬材料在吊入或者吊出時(shí)仍然會(huì)造成酸洗液劇烈的擾動(dòng)，使泡沫層破裂造成酸霧逸出，使得瞬時(shí)濃度仍較高。特別是采用hno3酸洗時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的黃煙現(xiàn)象。若不采取有效的處理措施，對(duì)操作工人造成身體傷害，同時(shí)對(duì)車間設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕。另外，酸霧直接外排還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的煙囪“黃龍”現(xiàn)象，將對(duì)周圍環(huán)境、人民群眾的身體健康以及其它動(dòng)植物產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。另外，使用ΗΝ03作為酸洗液時(shí)，使得酸洗過程中還會(huì)產(chǎn)生含有大量的硝酸根離子的酸洗廢水，其中總氮濃度非常高，不能滿足越來越嚴(yán)格的環(huán)境排放要求。廢水脫氮處理一直是環(huán)境領(lǐng)域的難點(diǎn)，同時(shí)也要花費(fèi)大量的處理成本含氮廢水。目前一般在對(duì)污水進(jìn)行處理的過程中只是對(duì)氮的形態(tài)上做了轉(zhuǎn)化，并未真正將氮從環(huán)境中去除，不同形態(tài)氮污染物的過量存在都是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的直接因素，因此未能徹底解決水體富營(yíng)養(yǎng)化問題。國(guó)家環(huán)境保護(hù)部于2008年先后公布了制漿造紙、制藥等13項(xiàng)含有水污染物特別排放限值的國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)不同行業(yè)制定了更加嚴(yán)格的氮污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。在這些標(biāo)準(zhǔn)中除了氨氮之外，都設(shè)定了總氮的控制指標(biāo)。因此，以HN03S酸洗液主要成分受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于Fenton氧化反應(yīng)的不銹鋼酸洗液及其酸洗工藝。—種基于Fenton氧化反應(yīng)的鋼材酸洗液，以質(zhì)量百分比計(jì)，包括:啟動(dòng)劑1?5%、硫酸5?30%、氫氟酸3?10%、雙氧水0.1?20%、緩蝕劑0.05?2.0%、穩(wěn)定劑0.01?2.0%、潤(rùn)濕劑0.05?1.0%、光亮劑0.01?1.0%和水余量。本專利技術(shù)針對(duì)傳統(tǒng)混酸酸洗工藝的不足，采用基于Fenton氧化反應(yīng)的不銹鋼酸洗液，其特點(diǎn)是以沸點(diǎn)較高的H2S0#基礎(chǔ)酸，以Fenton試劑(Fe2+和H202)產(chǎn)生的具有較高的氧化還原電位的.0Η、Η02 ?等自由基作為強(qiáng)氧化劑，以離子半徑較小的HF作為滲透劑，并輔助利用少量潤(rùn)濕劑、緩蝕劑、光亮劑等，提高金屬表面酸洗效率，同時(shí)改善酸洗質(zhì)量。.0Η自由基的氧化還原電勢(shì)僅低于氟，比其它一些常用的強(qiáng)氧化劑更高，同時(shí)具有很高的電負(fù)性。Fenton氧化過程具體如下:Fe2++H202— Fe 3++H0' +0H k! != 76M 1.s 1 (1-1)Fe3++H202— Fe 2++H02.+H+ k! 2= 0.01M 1.s 1 (1-2)H0.+H202—HO 2.+H20 k! 3= 2.7X107!1.s ^1-3)Fe2++H0.— Fe3++0H k! 4= 3.2 X 10 SM 1.s 1 (1-4)在較高溫度條件下，H2S04能夠溶解部分金屬氧化物，加入的H 202與酸洗液中的Fe2+形成Fenton試劑，在HF和潤(rùn)濕劑同時(shí)作用下，較高電負(fù)性的.0Η自由基能夠穿過致密的氧化鐵皮外層，進(jìn)入浮氏體層并與其進(jìn)行快速氧化反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量的Η2能夠?qū)⒀趸に毫巡⒖焖賱冸x。HF也起著重要的作用，F(xiàn)離子能將過剩的Fe3+、Ni2+、Cr3+結(jié)合成復(fù)雜的氟配位化合物，減少溶液中游離金屬的含量，促進(jìn)酸洗反應(yīng)的進(jìn)行，有效提高酸洗效率，同時(shí)HF對(duì)氧化皮中少量硅的氧化物也有很好的去除效果。為了減緩雙氧水過于快速的分解，需要添加一定量的穩(wěn)定劑。作為優(yōu)選，所述的Fenton氧化反應(yīng)所需試劑為過氧化氫和鋼材酸洗過程中所產(chǎn)生的Fe2+離子所組成。作為優(yōu)選，所述的啟動(dòng)劑為硫酸鐵、醋酸鐵、檸檬酸鐵、氯化鐵的一種或多種。作為優(yōu)選，所述的緩蝕劑為正癸胺、吡啶、苯并咪唑、苯并三唑、3 ( β -羥基乙氧基)-3-甲基-1- 丁炔、1-碘-3 ( β -羥基-2-乙氧基)-3-甲基-1- 丁炔、2本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于Fenton氧化反應(yīng)的鋼材酸洗液，其特征在于，以質(zhì)量百分比計(jì)，包括：?jiǎn)?dòng)劑1～5％、硫酸5～30％、氫氟酸3～10％、雙氧水0.1～20％、緩蝕劑0.05～2.0％、穩(wěn)定劑0.01～2.0％、潤(rùn)濕劑0.05～1.0％、光亮劑0.01～1.0％和水余量。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：雷樂成，楊彬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：浙江;33