NL8402924A - Werkwijze voor het verwijderen van zink van een voorwerp. - Google Patents

Description

-1- 24137/CV/vb

Korte aanduiding: Werkwijze voor het verwijderen van zink van een voorwerp.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwijderen van zink van een voorwerp waarvan het basismateriaal, waaruit het voorwerp 5. is vervaardigd, althans gedeeltelijk met een laag zink is bedekt.

In de praktijk worden vele, in het bijzonder uit staal vervaardigde constructies, zoals trappen, hekken, roosters,in stallen gebruikte voorwerpen en ook langs de wegen gebruikte geleiderails of bermbeveiligingsplanken verzinkt om een corrosie werende afdeklaag op het basismateriaal aan te 10. brengen.

De veelal door thermisch verzinken gevormde deklagen hebben daarbij een dikte van 30-150. micrometer, in het algemeen 40-60 fMi . Door het aanbrengen van een dergelijke deklaag uit zink kan een langdurige bescherming van het basismateriaal, in het bijzonder staal of dergelijke te- 15. gen corrosie worden verkregen zelfs zonder de voorwerpen aan verdere behandelingen, bijvoorbeeld verven-of passiveren, te onderwerpen.

Indien tengevolge vaneen beschadiging van de zinklaagdoor plaatselijke aantasting tengevolge van langdurige blootstelling aan corrosieve omstandigheden of derge lijke een reparatie moet worden uitgevoerd,moet eerst de gehele zinklaag van het 20. voorwerp worden verwijderd voordat een nieuwe zinklaag kan worden aangebracht.

Tot nu toe wordt voor het verwijderen van een dergelijke uit zink bestaande deklaag gebruik gemaakt van zoutzuurbaden. Zoutzuur in concentraties van 3-15% lost namelijk zink snel op zonder ijzer of staal sterk aan te tasten.Eventueel kunnen om de aantasting van ijzer verder tegen te gaan 25. nog een dergelijke aantasting tegengaande toeslagstoffen aan de zoutzuurbaden worden toegevoe gd.

Dit tot nu toe gebruikelijke toepassen van zoutzuurbaden voor het verwijderen van zink van staalconstructies of dergelijke heeft echter enige belangrijke nadelen. Zo kan het afgewerkte zoutzuur, om verontreiniging van 30. het milieu zo goed mogelijk tegen te gaan, slechts worden geloosd, nadat de metalen eruit zijn verwijderd. Deze nabehandeling van het zoutzuur, welke meestal door gespecialiseerde bedrijven voor afvalvernietiging geschiedt, is niet alleen kostbaar, maar blijft toch ook schadelijk voor het milieu, daar het geneutraliseerde zuur uiteindelijk als natrium of a%oni umchfcoride 35. oplossing wordt geloosd.

Verder moet niet alleen veel betaald worden om het afgewerkte zuur te laten verwerken, maar de in het zuur opgeloste zink wordt met het afge- 8402924 -2- 24137/CV/vb werkte zuur afgevoerd naar het vernietigingsbedrijf en is zodoende verloren.

Ook de hoeveelheid zoutzuur, die voor het op grotere schaal verwijderen van zink van staalconstructies noodzakelijk zal zijn vormt een hoge kostenpost.

5. Anderzijds wordt het verwijderen van zink van staalconstructies en "dergelijke ten einde het mogelijk te maken op dergelijke constructies een nieuwe zinklaag aan te brengen nadatjfc oude zinklaag beschadigd is, steeds belangrijker. Er worden namelijk steeds meer verzinkte constructies toegepast, ^terwijl dergelijke verzinkte constructies sneller dan voorheen een 10. gebreken tonende zinklaag verkrijgen ter .gevolge van zure regen veroorzaakt door uitstoot van schadelijke gassen door industrieën, uitlaatgassen van automobielen en dergelijke . Verder zijn de loon- en materiaalkosten momenteel bijzonder hoog, waardoor het,lonend wordt, constructies met defect geraakte zinkbedekkingen te renoveren, zojat deze constructies opnieuw 15. kunnen worden gebruikt.

Bij toename van het verwijderen van zink van staalconstructies zullen echter ook de bovengenoemde problemen met betrekking tot milieuverontreiniging en dergelijke sterk toenemen.

Met de uitvinding wordt dan ook beoogd een werkwijze van bovenge-20. noemde soort te verkrijgen , waarbij bovengenoemde nadelen kunnen worden vermeden.

Volgens de uitvinding kan dit worden bereikt, doordat het voorwerp wordt ondergedompeld in een elektrolyt en verbonden met de positieve pool van een gelijkstroombron waarvan de negatieve pool is aangesloten op een 25. in het elektrolyt geplaatste kathode, waarbij het elektrolyt een zodanige samenstelling heeft, dat het zink bij doorvoer van stroom door het elektrolyt bij de door het voorwerp gevormde anode in oplossing gaat en op de kathode wordt neergeslagen zonder dat enige van betekenis zijnde oplossing van het basismateriaal optreedt.

30. Bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het elektrolyt in feite slechts als transportmiddel voor het zink gebruikt, zodat dit elektrolyt zeer lange tijd kan worden benut. Tevens wordt het zink bij de kathode neergeslagen enjkan direct weer worden gebruikt voor bijvoorbeeld het thermisch verzinker van de voorwerpen waarvan het zink is verwijderd.

35. Verder blijkt het gebruik aan elektrische energie laag gehouden te kunnen worden, zodat de werkwijze volgens de uitvinding niet alleen aanzienlijk milieuvriendelijker is dan de tot nu toe gepaste werkwijze, maar ook aanzienlijk goedkoper.

8402924 -3- 24137/CV/vb

De uitvinding zal hieronder nader worden uiteengezet aan de hand van een in bijgaande figuren schematisch weergegeven inrichting volgens de uitvinding in het bijzonder bestemd voor het verwijderen van zink van langwerpige voorwerpen zoals berrabeveiligingsplanken.

5. Fig. 1 toont schematisch een dwarsdoorsnede over een inrichting 'voor het verwijderen van zink van langwerpige voorwerpen.

Fig. 2 toont een bovenaanzicht op fig. 1.

De onderhavige uitvinding zal hieronder nader worden uiteengezet aan de hand van een toepassing voor het verwijderen van zink van zogenaamde 10. bermbeveiligingsplanken, ook wel vangrails genoemd.

Dergelijke planken worden gewrmd door langwerpige stalen profielen 1, die schematisch in fig.1 zijn weergegeven en die gebruikelijk een standaardlengte van 4 m hebben. Dergelijke planken 1 zijn gebruikelijk thermisch verzinkt, dat wil zeggen ondergedompeld in een zinkbad, voor het vormen van 15. een beschermende uit zink bestaande deklaag, voordat zij langs de verkeerswegen zijn aangebracht. Het is echter gebleken, dat in het bijzonder door de voortdurende blootstelling aan corrosieve uitlaatgassen na een aantal jaren roestverschijnselen en een aantasting van de zinklaag optreden.

Om nu deze planken te renoveren wordt volgens de uitvinding de oude zink-20. laag verwijderd, waarna door thermisch verzinken weer een nieuwe zinklaag kan worden aangebracht zodat de planken nog vele jaren kunnen worden benut.

Voor dit verwijderen van het zink van de planken 1 wordt gebruik gemaakt van de in fig. 1 en 2 weergegeven inrichting, welke wordt gevormd door een tank 2,die kan worden gevuld met een geschikt elektrolyt. Zoals 25. verder in fig. 1 en 2 weergegeven kunnen daarbij de planken 1 boven en naast elkaar in het bad worden opgehangen met behulp van ophangorganen 3, die via leidingen 4 zijn verbonden met de pluspool 5 van een geschikte gelijkstroombron. De minpool 6 van deze gelijkstroombron is via leidingen 7 verbonden met tussen en naast de planken 1 opgestelde kathodeplaten 8.

30. Nabij het, gezien in de fig., linkereinde van de tank is in de tank een aantal horizontaal opgestelde boven elkaar gelegen pijpen 9 aangebracht, die alle zijn aangesloten op een vertikaal staande toevoerpijp 10 via welke met behulp van een niet nader weergegeven circulatiepomp elektrolyt kan worden toegevoerd. Dit elektrolyt wordt via hiertoe in de pijpen 9 35. aangebrachte doortochten in de tank 2 afgegeven zoals aangeduid met behulp van pijlen A.

De pomp is tevens aangesloten op een aan de rechterzijde in de tank opgestelde afvoerpijp 11 via welke met behulp van de pomp vloeistof uit het 8402924 -4- 24137/CV/vb bad kan worden aangezogen.

Zoals verder nog in de figuren is weergegeven heeft de tank bij voorkeur een naar een uiteinde van de tank schuin naar beneden toe hellend verlopende bodem 12 welke eindigt bij een verdiepte trog 13. Deze trog 13 is 5. voorzien van een afvoerstomp, 14, die, voor het afvoeren van zich in de trog ••verzamelend vuil.

Voor het verwijderen .van zink van de planken 1 worden deze planken 1 aan de ophangorganen 3 vast gezet en in het zich in de tank 2 bevindende elektrolyt ondergedompeld. Vervolgens wordt een stroom door het bad gevoerd 10. en zullen de planken 1 als anodes gaan fungeren. Hierbij zal het zink bij de door de planken 1 gevormde anodes oplossen en neerslaan op de kathodes 8.

Deze kathodeplaten 8 kunnen bijvoorbeeld uit zink, roestvrij.staal of alumu-nium zijn vervaardigd.

Bij voor renovatie in aanmerking komende vangrails bleek dat een 15. deel van de oorspronkelijk aangebrachte zinklaag reeds door corrosie was verdwenen, maar dat toch nog steeds een zinklaag van 30-50 micrometer dik. aanwezig was, hetgeen overeenkomt met ongeveer 20-35 kg zink per 1000 kg vangrail.

Verwacht wordt, dat op korte termijn alleen al in Nederland 2500 20. tot 3700 ton vangrail voor renovatie in aanmerking komt, hetgeen overeenkomt met een mogelijke terugwinning van 50-130 ton bruikbaar zink bij toepassing van de werkwijze · volgens de onderhavige uitvinding.

Uitgaande van een prijs van Hfl. 5,40 per 100 kg 15% zoutzuur en bij afvoerkosten van het afgewerkte zuur, dat 150 gram /liter zink bevat, 25. van Hfl. 17,60 per 100 kg,„bedragen bij toepassing van het verwijderen van zink volgens de tot nu toe gebruikelijke werkwijze met gebruikmaking van zoutzuurbaden de kosten voor aankoop en afvoer van zoutzuur ongeveer Hfl.

1,50 per kg zink.

Bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het 30. zink, bij 100% anode rendement opgelost met een snelheid van 1,2 g per A per uur. (Ahr). Per kg zink zijn dus nodig 833 Ahr*

Bij een aangelegde spanning van V volt zijn derhalve 833 xV Watt-uren nodig voor het oplossen van 1 kg zink. Rekening houdende met een gelijkricht-rendement van 90%, en met een oplosrendement van 75%(het zink is niet overal 35. even dik); op plaatsen waar slechts een dunne zinkLaag aanwezig is kan enige tijd stroom vanuit reeds van zink vrij zijnd ijzer vloeien) is nodig 833 xV = 1234 xV Uatt uur of 1,234 x V Kwhr.

0,9 Y- 0,75 8402924 -5- 24137/CV/vb

De hoogte van V zal dan ook in belangrijke mate de kosten bepalen.

In de praktijk is gebleken, dat bij juiste keuze van het elektrolyt waarden van V kunnen worden verkregen, die onder 4 Volt liggen.

Bij een benodigde spanning van 4 Volt bedraagt het energieverbruik per 5. kg zink 4 x 1,234 ofwel ca. 5 kwhr. Bij een normale energieprijs van fl.0,22 per kwhr zijn de energiekosten derhalve fl. 1,10 per kg zink.

Aangezien het elektrolyt een vrijwel oneindige levensduur heeft, bedragen de overige extra kosten t.o.v. tet gebruikelijke zoutzuur ontzinken slechts de arbeid voor een extra bad bewerking welke zoals hieronder nader 10. uiteengezet nodig kan zijn een spoelbewerking alsmede de afschrijving van de extra benodigde apparatuur.

In alle redelijkheid kunnen deze kosten totaal op fl. 0,80-1,30/kg zink worden ingeschat, waardoor de totale kosten energie + extra lasten op max. fl. 1,90 - 2,40/kg zink komen ten opzichte van de fl. 1,50 bij de hui-15, dige zoutzuurmethode.

Aangezien bij de werkwijze volgens de uitvinding het zink zelf a fl, 3.25 per kg geheel wordt teruggewonnen is de werkwijze volgens de uitvinding niet alleen milieutechnisch zeer vriendelijk maar ook economisch zeer aantrekkelijk met een kosten voordeel van fl. 2,35 - 2,85 per kg verwerkt zink, 20* Het gekozen elektrolyt moet niet alleen een goede geleidbaarheid « voor elektrische stroom hebben, maar moet tevens het zink anodisch oplossen met 100 % of althans nagenoeg 100 % rendement, terwijl het basismateriaal, in het algemeen ijzer of staal,niet of nauwelijks wordt aangetast. Daarnaast moet het zink bij de kathode in een samenhangende bruikbare vorm worden 25. neergeslagen.

In de praktijk blijkt goed te voldoen een oplossing van 100-150 g/1 NaOH . Een bijkomend voordeel van dit elektrolyt is nog, dat het elektrolyt ontvettend werkt. Hoewel in de praktijk bij de behandelde voorwerpen veelal geen sprake zal zijn van vette of olie houdende oppervlakken kan de 30. ontvettende werking toch een bijkomend voordeel zijn. Een verder voordeel is, dat eventueel elektrolyt, dat met de behandel,^ voorwerpen uit het elektro-lytbad wordt meegenomen, gemakkelijk te neutraliseren is.

Na enige bedrijfstijd zal de concentratie aan zink in het elektrolyt 35, zich stabiliseren en zal het kathode - en anoderendement aan elkaar gelijk worden.

Daarbij kunnen middelen met een lage concentratie zoals anijsaldehyde-bisulfiet (0,1 - 0,25 g/1) een gunstig effect op de korrelfijnheid en daardoor de gladheid van het zinkneerslag op de kathoden hebben.

8402924 ~ -6- 24137/CV/vb

De temperatuur zal hierbij bij voorkeur lager dan . 40°C worden gehouden. om chemisch oplossen van zink van de kathoden te vermijden.

Bij 35-3Ö°C. een badbelasting van 2,5 Amp. per liter blijft de temperatuur in het elektrolyt nagenoeg constant.

2 5. Bij 2-4 A/dm. op de anode en bij een anode oppervlak, dat minimaal gelijk is aan hetkathodeoppervlak is 2,5 - 4 Volt badspanning nodig bij een onderlinge afstand van ca. 6 cm tussen anode en kathode.

Het ijzer zal in een dergelijke alkalische oplossing niet aangetast worden.

10. In plaats van een NaOH lossing kan ook een gelijkwaardig werkend elektrolyt op basis van KOH worden toegepast.

Een andere mogelijkheid voor het elektrolyt is het gebruikmaken van kaliumchloride of ammoniumchloride in concentraties van 150-250 g/ltr. Daarbij worden bij voorkeur 15-30.g/ltr. boorzuur toegevoegd om de^jH van het elektno-15.lyt, die 5-7,bij voorkeur 6-6,5,.zal bedragen, beter stabiel te houden. Bij een pH hoger dan 7 vindt een uitvlokken van Zn(OH)^ plaats, hetgeen tot ruwe neerslagen aan de kathode aanleiding geeft. Bij een pH lager dan 5 vindt een chemische oplossing van zink van anode en kathode plaats.

Het bovengenoemde elektrolyt op basis van chloride werkt reeds gun-20Ptig bij kamertemperatuur. Bij een onderlinge afstand tussen anode en kathode van 9 cm is slechts een spanning van 1,5 - 2,5 Volt nodig voor het verkrijgen o van anodische stroomdichtheden van 2-4 A/dm . Ook hier kan het toepassen van korrelverfijners de vorming van gladde neerslaglagen van het zink oo de kathode bevorderen, waardoor de mogelijkheid wordt verkregen om verhoudings-?5·. gewijs dikke lagen zink op de kathode te vormen.

Indien de pH wordt gehandhaafd in het gebied van 6-6,5 zal het door ijzer of staal gevormde basismteriaal niet of nauwelijks worden aangetast.

Het is ook nog mogelijk om elektrolyten op basis van K-, Na- of NH^- pyro- 3Qfosf3at in concentraties van 100-200 gA te gebruiken. Ook dergelijke elektrolyten voldoen goed, maar vereisen een hogere bladspanning in het al- 2 gemeen tussen 4 en 6 volt voor anodische stroomdichtheden van 2-4 A/dm .

ëlekrolyten op basis van sulfaat en sulfamaat geven ook goede resultaten voor zover het gaat om het toepasbaar zijn van een geschikte bad-35spanning en het verkrijgen van een goed neerslag bij de kathode. Een nadeel van laatstgenoemde stoffen kan echter zijn, dat het basismateriaal, ijzer of staal, enigszins wordt aangetast.

8402924 ‘ -7- 24137/CV/vb

Na het beëindigen van het op boven beschreven wijze verwijderen van zink langs elektrolytische weg blijkt eveneens althans het grootste gedeelte van eventueel op de opnieuw te bewerken oppervlakken aanwezige roest te1-zijn verdwenen. Er kunnen zich bij het verwijderen van het zink echter zwart 5..uitziende films van Zn/Fe-oxyden de oppervlakken van de behandelde voorwerpen bevinden. Dergelijke films kunnen echter gemakkelijk en snel door een kort nabeitsen in zoutzuur worden verwijderd.

De tijdsduur voor het ontzinken bedraagt in de praktijk in het algemeen tussen de 30 minuten en de 4 uur, afhankelijk van de dikte van de laag 10. te verwijderen zink en de anodische stroomdichtheid. Lagere stroomdichtheden vergen een langere ontzinktijd, maar maken tegelijkertijd het gebruik van een lagere badspanning mogelijk, dus ook een lager energieverbruik.

In de praktijk blijken tijden van 3/4 tot 1 1/2 uur goed te voldoen, p waarbij met anodische stroomdichtheden van 2-4 A/dm een laag met een dikte 15. van 30-75ι/4Λ zink per uur wordt opgelost.

8402924

Claims (8)

1. Werkwijze voor het verwijderen van zink van een voorwerp waarvan het basismateriaal, waaruit het voorwerp is vervaardigd, althans gedeeltelijk 5. met een laag zink is bedekt, met het kenmerk, dat het voorwerp wordt onder-'‘gedompeld in een elektrolyt en verbonden met de positieve pool van een ge-lijkstroombron waarvan de negatieve pool is aangesloten op een in het elektrolyt geplaatste kathode, waarbij het elektrolyt een zodanige samenstelling heeft, dat het zink bij doorvoer van stroom door het elektrolyt bij de door 10. het voorwerp gevormde anode in oplossing gaat en op de kathode wordt neergeslagen, zonder dat enige van betekenis zijnde oplossing van het basismateriaal optreedt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat aan het elektrolyt een korrelverfijner, zoals anijsaldehydebisulfiet (0,1 - 0,25 g/1) wordt^toe- 15. gevoegd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat als elektrolyt een oplossing van 100-105 GA NaOH wordt benut,' terwijl de temperatuur van het elektrolyt tijdens bedrijf lager dan 40° c wordt gehouden.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat als elek-20. trolyt kaliumchloride of ammoniumchloride in concentraties van 150-250 g/1 wordt toegepast.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de pH van het elektrolyt op . 5-7, bij voorkeur op 6-6,5,wordt gehandhaafd.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, 25. dat het kathode oppervlak althans nagenoeg gelijk aan het anode-oppervlak wordt gekozen en kathode en anode althans nagenoeg evenwijdige aan elkaar worden opgesteld.

7· Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, in het bijzonder voor het verwijderen van zink van langwerpige voorwerpen, met het kenmerk, 30. dat de voorwerpen naast en boven elkaar in een elektrolytbad worden opgesteld en de kathodes tussen en naast de voorwerpen in het bad worden opgesteld.

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat men in het elektrolytbad een circulatiestroming opwekt. 8402924 35. -f- BIJLAGE. Verbeteringen voor de Nederlandse octrooiaanvrage 8402924 - Antonius Wilhelmus de Gier te Vught. Op blz. 7j regel 15 moet "per uur" worden geschrapt. Op blz. 8, regel 17 moet "100-105 G/L NaOH" worden gewijzigd in: "100-150 g/L NaOH". Eindhoven 16 oktober 1984 8402924