Transcript 4.3 Betning av stål i svavelsyra

4.3 Betning av stål i svavelsyra
-------Överkurs början-----Svavelsyra saluföres vanligen i koncentrationer mellan 94 och 98 %. Orsaken till
koncentrationsintervallet är fryspunkten som för vattenfri syra är +10°C och för 94 %-ig syra
är minus 35 °C. Kommersiell syra förekommer normalt i tre renhetsgrader, teknisk, kemiskt
ren och pro analysi (för analys). Den tekniska kvaliteten kan ibland vara lätt förorenad av
organiskt material och ha en rödbrun kulör. För de flesta användningsområden saknar dock
detta betydelse.
Svavelsyra är blandbar med vatten i alla proportioner. Vid utspädning utvecklas mycket stora
värmemängder. Vid 25°C utvecklar en mol H2SO4, vid utspädning med en mycket stor
mängd vatten, 92KJ. Största temperaturhöjningen (omkring 125°C) inträder vid blandning av
100 viktsdelar svavelsyra med 38 delar vatten. Vid spädning av 100 ml koncentrerad
svavelsyra med densiteten 1,84 med 70 ml vatten erhölls en temperaturstegring på 110°C.
Efter avsvalning till15°C var volymen ca 156,6 ml. Alltså en kontraktion (sammandragning)
med ca 8 %.
Vid spädning av svavelsyra skall alltid syran sättas till vattnet, inte tvärtom. Häller man vatten
i koncentrerad syra uppstår en kraftig ångbildning, som närmast kan liknas med en explosion
med följ av att syran stänker omkring.
Syran verkar kraftigt frätande och brännande på organiskt material och stänk kan därför
förorsaka skador på hud, ögon och kläder.
Svavelsyra ar ett kraftigt vattenabsorberande ämne och användes ibland också som
torkmedel för t.ex. gaser. Det är skäl att ha detta i minnet. Det har hänt att kar som varit
fyllda till brädden med stark svavelsyra har flödat över under t.ex. en semester.
Koncentrerad svavelsyra kan förvaras i stål- eller glaskärl, samt i kärl av vissa plaster som
polyeten och polypropen. Utspädd syra kan däremot inte förvaras i kärl av järn eller stål. Den
2
utspädda syran är nämligen mycket aggressiv mot metaller som angrips under
vätgasutveckling. Det hygieniska gränsvärdet för svavelsyra i luft eller rök är 1 mg per m2.
Ångtrycket i såväl koncentrerade som utspädda lösningar är emellertid lågt och förorsakar
sällan problem.
4.3.1. Reaktioner mellan svavelsyra och metalloxider
I likhet med saltsyrabetning är vid svavelsyrabetning de syrerikare oxiderna hematit, Fe2O3
och magnetit, Fe3O4 sämre lösliga i utspädd syra än wüstiten, FeO. I praktiken skulle man
kunna säga att hematit och magnetit är olösliga i utspädda syror.
I glödskal på stål förekommer talrika mikrosprickor så att betsyran kan tränga ner till
wüstitskiktet eller stålet. Angreppet börjar i dessa sprickor på sätt som anges i figur 1.
Figur 1. Betsyraangrepp på glödskal vid betning av stål.
De syrerikare oxiderna ramlar av och bildar ett slam på karets botten. Om syran inte har
tillräcklig mängd inhibitorer angrips också stålet under utveckling av vätgas. Detta kan man
se i både saltsyra och svavelsyrabad som gasutveckling i badet.
4.3.2. Olika faktorers inverkan på bettiden
Bettiden, d.v.s. den tid som behövs för att lösa respektive "bryta lös" oxiderna från metallytan
är beroende av typ av oxider och andra ytföroreningar, badtemperatur, syrakoncentration
och mängden järn i betlösningen. Även omröring samt val och koncentration av inhibitorer
spelar roll.
Syrakoncentrationen
Låga koncentrationer svavelsyra (1- 4 %) ger som väntat låg aktivitet mot stål och glödskal. I
koncentrationsområdet 5 till 25 % är reaktionen snabb och livlig medan syra i intervallet 50 till
98 % är praktiskt taget inaktiv mot stål och glödskal. Figur 2 visar relationen
syrakoncentration och bettid vid olika temperaturer och låga syrahalter.
Ökande koncentrationer över i figur 2 angivna ger snabbare betning upp till ca 50 % syra där
betningen abrupt upphör. Vid syrakoncentrationer under 3 - 4 % blir bettiden onödigt lång
men å andra sidan är vinsten med koncentrationer över 8 - 10 % obetydlig. Vid många
anläggningar används dock högre koncentrationer, upp till 25 %, men med lägre temperatur.
Dessa anläggningar får dock en högre syraförbrukning genom det utdrag som följer med
godset. En ytterligare nackdel är högre förbrukning av sköljvatten vid godsets sköljning och
behov av större destruktionskapacitet för detta vatten.
3
Figur 2. Bettid som funktion av syrakoncentration
Temperaturens inverkan
Temperaturens inverkan på betförloppet hos svavelsyra visas i figur 3. Det är god praxis att
arbeta med så låg temperatur som möjligt med bibehållen rimlig bettid. Ett sådant arbetssätt
ger också möjlighet att höja temperaturen på badet när syrakoncentrationen går ned eller om
särskilt svårbetat material skall hanteras. Låga temperaturer minskar också risken for
överbetning.
Figur 3. Bettiden som funktion av temperaturen vid låga svavelsyrakoncentrationer
Järnhalten i lösningen
Betbad på svavelsyrabas arbetar ofta med kontinuerlig syratillförsel för att i möjligaste mån
hålla syrahalten konstant. Bethastigheten kommer trots detta att gå ned beroende på att
badets järnhalt ökar. Praktiska erfarenheter visar att baden sällan är ekonomiskt försvarbara
4
när järninnehållet går över 75 - 80 % av maximallöslighet vid aktuell syrakoncentration. Se
figur 4.
Figur 4. Järnlöslighet i svavelsyra vid olika koncentration och temperatur.
Det är också så att oxidationsstadiet på järnet i lösningen har effekt. Det är känt att
luftinblåsning ger förhöjd betaktivitet och att tillsats av väteperoxid i väsentlig grad kan
aktivera betlösningen.
4.3.3. För och nackdelar med svavelsyrabetning
Svavelsyra har några fördelar över saltsyra. Den är billigare och ger mycket lite syraånga.
Varm svavelsyra ger också ett snabbare betförlopp än kall saltsyra och svavelsyran kan med
fördel omröras med mekaniska hjälpmedel.
Korrosionen på anläggningen och omgivande utrustning blir avsevärt mindre än vid
saltsyrabetning.
Nackdelarna är bland annat att lösningen måste värmas. Betbadets aktivitet och bettiden
påverkas negativt av det utlösta järnet och bettiden måste alltså hela tiden justeras efter
detta.
Mest negativt är att betresultatet inte blir lika bra (blankt) som vid betning i saltsyra. Det s.k.
betsotet bli kvantitativt mer och har bättre vidhäftning till metallytan, det senare till stor del
beroende på uppvärmningen.
--------Överkurs slut-------