钢材的电解除锈方法及其除锈产物技术

本发明专利技术提供一种钢材的电解除锈方法及其除锈产物。所述钢材的电解除锈方法是将电解处理剂维持于大于4.0的pH值，使钢材的生锈部于该电解处理剂中形成沉淀物，并将该沉淀物加以移除。电解所生不必要的阳离子的浓度不会随之增高，故无需阳离子交换树脂去除多余的阳离子，也无需再补充额外的电解处理剂，该沉淀物移除后的电解处理剂即可直接回收重复使用。本发明专利技术另提供一种不锈钢钢材，其是经上述的电解除锈方法处理，经处理的不锈钢材具有特殊表面形貌。

【技术实现步骤摘要】
钢材的电解除锈方法及其除锈产物
本专利技术是关于一种钢材的电解除锈方法，特别是指一种将水溶液状态的电解处理 剂维持于适当的酸碱度（pH值），在电解过程中，使钢材的生锈部或电解所产生的金属离子 化合物形成沉淀物并加以移除的方法。
技术介绍
钢材的生产过程所包括的退火、淬火、焊接、锻造及热处理过程，会使钢材表面产 生一层不期望的生锈部位(生锈部)，其为黑色氧化物质，即是一般所称的「锈皮」。不锈钢表 面的锈皮成分包括NI0 2、Cr203、FeO · Cr203、FeO · Cr2O3 · 3Fe203等致密的尖晶石型氧化物， 与钢材结合得相当牢固。高合金钢含有更高比例的镍和铬元素，其锈皮与钢材间的结合更 为紧密。锈皮的存在不仅影响钢铁表面品质，同时会对后续的加工效果及成品品质产生不 良影响，因此必须去除。 目前，如碳钢、不锈钢及高合金钢等钢材一般采用酸洗方法去除锈皮，利用酸将 不锈钢表面的锈皮溶解，使锈皮与钢材分离。具体的作法是在60至75°C环境下，以硝酸 (HNO 3)及氢氟酸（HF)的混合物作为酸洗液，进行酸洗约15至30分钟。 然而，酸洗液所含的氢氟酸为管制品，酸洗后锈皮落入酸洗液中并逐渐溶解，使得 酸洗液因含有高浓度的铁、铬及镍等重金属离子而必须更换。酸洗废液需进行特殊处理将 重金属离子去除，但即使是经处理后的酸洗废液仍无法再使用；目前是采用酸碱中和法使 酸洗废液中含金属离子的污泥沉降，分离并固化干燥后再以掩埋法处理，但可供掩埋的区 域有限，且势必造成土壤污染。 此外，含硝酸的酸洗液于使用过程中会产生氮氧化物（NOx)，如一氧化氮（NO)和二 氧化氮（NO 2)。虽然于酸洗液中添加如过氧化氢（H2O2)等氧化剂有助于降低硝酸的使用量 并减少氮氧化物生成，但仍无法解决酸洗废液所造成的污染问题。 由上述可知，酸洗液本身及其废液对环境及人体健康皆造成重大危害，因此，目前 有人以环保绿色技术做为目标，开发降低酸洗液使用量的去除锈皮的方法。例如采用机械 除锈或较安全的电解除锈工艺。 一般钢铁机械除锈采用喷砂、研磨或刷磨方式。大部分文献和专利提到钢铁机械 除锈的特征分为两步骤。首先利用锈皮不具有延伸性的特点，以机械力将钢铁材料施以少 量变形。例如压延、拉伸或扭曲，让锈皮与钢铁基材之间产生位移，减弱锈皮的附着性，再以 化学/电化学方式去除残留在钢铁表片的铁粉。 电解除锈的阳极电解可让锈皮中氧化物反应形成易于溶解于电解液中的形态，或 溶解氧化锈皮中所包含或锈皮下的金属态物质以便于除锈。电解除锈可分为酸性电解、盐 浴电解和中性电解除锈。酸性电解除锈处理较厚且局部分布的锈皮时可以降低针孔腐蚀的 问题。盐浴电解除锈效率高且除锈后的底材光亮，但较难操作且成本高。 -般所采用的硫酸钠电解液条件如硫酸钠，或于硫酸钠电解液中添加少量HF、HC1 或HNO 3。或电解过程中，先将表面氧化锈皮中Cr2O3及（FeCr) 304氧化成溶解性佳的6价铬， 锈皮中部份金属成分也会被电解溶出，此时氧化皮生成孔洞，材料表面于电解所产生的气 体可以将此松散的锈皮剥离。 电解除锈过程部分钢铁材料会溶解以致电解液中的金属离子浓度升高，以致必须 更换电解液，造成废弃电解液处理的问题，尤其是处理含有6价铬的电解液更是一项严重 的环保问题。已知的电解液处理及回收的技艺包括结晶法、电解法、离子交换法、溶剂萃取 法、喷雾干燥法、烘培法或这些方法的组合。以下列出相关专利的简要说明。 欧盟第EP 0931860 Al号专利申请案使用结晶器移除电解液中的金属离子以延长 使用寿命。 欧盟第EP 0244417 Bl号专利案揭示含有氯化亚铁和盐酸混合的钢铁酸洗液，此 酸洗液循环经过电解槽去除铁离子以重复使用此酸洗液。将不含硝酸的酸洗液送入电解 槽，其中Fe 2+或Ti2+离子于阳极氧化成Fe' Ti3+或Ti4+离子，送回酸洗槽继续使用。Fe' Ti3+或Ti4+离子于阴极还原成Fe2+或Ti2+离子排出或送回阳极电解回收使用。 欧盟第EP 0638664 Al号申请案利用阳离子交换树脂和电场的作用，将硫酸酸洗 液中的铁、锌、铜等金属阳离子分离送至电解槽的阴极区，电解移除。阳极电解反应将电解 槽阳极区的硫酸浓度提高，回送酸洗槽继续使用。 美国专利号第7, 597, 873号专利案使用喷雾烘干法由废酸液中回收金属氧化物。 其特征为第一加温段将废酸液滴的水分蒸发，第二加温段将干燥的金属盐转化为金属氧化 物。 美国专利号第8, 278, 496号专利案以氢氧化钙中和不锈钢酸洗废液，中和过程中 监控维持pH于9?9. 5。中和所产生的金属氢氧化物污泥含有氟化钙。加热此金属氢氧化 物至温度950?1050°C以获得机械性稳定的金属氧化物。 美国专利号第6, 375, 915号专利案揭示含有氢氟酸和硝酸的废酸洗液新分离成 富含酸和富含金属离子两股流体。富含酸的流体进入酸液回收系统。富含金属离子的流体 进入流体化床及反应器加热至300?1000°C将金属盐烧结成颗粒状金属氧化物。 美国专利号第4, 113, 588号专利案揭示由含铁酸洗废液中回收硫酸和盐酸的方 法，包含下列步骤： (1)于阳极区将Fe2+氧化成Fe3+。阴极区含有盐酸，其中的Fe 3+被还原成Fe2+。 (2)以有机溶剂A于含有盐酸或硫酸的阳极区电解液中萃取Fe3+离子。 (3)以含有盐酸的液体将Fe3+离子由有机溶剂A中去除以回收溶剂A。 (4)利用有机溶剂B，以液体-液体萃取法于含有Fe3+离子的盐酸中回收Fe 3+离 子。 (5)利用水溶液接触有机溶剂B以萃取其中的Fe3+离子并送至步骤⑴的阴极区。 (6)利用隔膜电解法移除阴极区电解液中的铁离子。 (7)步骤（6)所需的盐酸取自步骤（4)再生的盐酸。 然而，该些方法中多会造成不必要的阳离子浓度升高，需要再以阳离子交换树脂 收集电解所生的阳离子，并仍需补充额外的电解处理剂。
技术实现思路
有鉴于现有技术的不足，本专利技术的一目的在于提供一种钢材的电解除锈方法，藉 由将水溶液状态的电解处理剂维持于适当的酸碱度（pH值），使电解过程所脱落的锈皮或 所产生的金属离子化合物形成沉淀物并加以移除，电解处理剂的不必要的阳离子的浓度不 会随之增高，由于在电解中消耗者为氢氧根与氢离子，自水溶液即可轻易地大量获得，据此 回收该电解处理剂，故无需阳离子交换树脂去除多余的阳离子，也无需再补充额外的电解 处理剂，可直接重复使用回收的电解处理剂。 本专利技术的另一目的在于提供一种经上述方法处理的不锈钢钢材，其以及经过此方 法除锈处理的不锈钢线，其表面具有特殊形貌。 因此，本专利技术提供一种钢材的电解除锈方法，其包括下列步骤： a.提供电解处理剂，将具有生锈部的钢材置于该电解处理剂中，并进行化学电 解； b.将电解处理剂控制于大于4. 0的一 pH值，以使生锈部于电解处理剂中形成沉淀 物，并移除该沉淀物。 于一实施样态中，步骤a的钢材可选自由：不锈钢及高合金钢所组成的群组，但不 仅限于此。 于一实施样态中，步骤a的电解处理剂可为盐类水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢材的电解除锈方法，其包括下列步骤：a.提供电解处理剂，将具有生锈部的钢材置于该电解处理剂中，并进行化学电解；及b.将电解处理剂控制于大于4.0的pH值，以使生锈部于该电解处理剂中形成沉淀物，并移除该沉淀物。

【技术特征摘要】
2013.09.11 TW 1021327381. 一种钢材的电解除锈方法，其包括下列步骤： a. 提供电解处理剂，将具有生锈部的钢材置于该电解处理剂中，并进行化学电解；及 b. 将电解处理剂控制于大于4. 0的pH值，以使生锈部于该电解处理剂中形成沉淀物， 并移除该沉淀物。2. 如权利要求1所述的电解除锈方法，其中步骤a的钢材选自由：不锈钢及高合金钢 所组成的群组。3. 如权利要求1所述的电解除锈方法，其中步骤a的电解处理剂为盐类水溶液，该酸性 盐类水溶液选自于由：硝酸钠水溶液、硫酸钠水溶液、磷酸钠水溶液、氯化钠水溶液、硫酸铵 水溶液、磷酸铵、氯化铵水溶液或其组合所组成的群组。4. 如权利要求3所述的电解除锈方法，其中盐类水溶液的浓度为0. 1?5M。5. 如权利要求1所述的电解除锈方法，其中步骤a的化学电解是以直接接触钢材的导 电方式或非直接接触钢材的变极方式进行。6. 如权利要求1所述的电解除锈方法，其中步骤a的化学电解的每次处理时间约为3 至60秒。7. 如权利要求1所述的电解除锈方法，其中步骤a的化学电解的电流密度为50至400 安培/平方公寸。8. 如权利要求1所述的电解除锈方法，其中步骤a的化学电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泰隆，陈志雄，
申请(专利权)人：广泰金属工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71