KR19980086733A - 금속 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질산함유 수용액에서 금속을 세척 또는 표면처리하는 방법에 관계하며, 아질산 연기 형성을 감소시키도록 과산화수소가 공급됨을 특징으로 한다. 적어도 일부의 과산화 수소는 하나 이상의 별도의 노즐(18a, 18b, 19a, 19b)을 통해서 이의 수용액을 금속상에 직접 분무시킴으로써 공급된다.

Description

금속 처리방법

본 발명은 질산함유 용액에서 금속을 세척하거나 표면처리하는 방법에 관계하는 것으로서, 아질산 연기 형성을 감소시키기 위해 과산화수소가 공급됨을 특징으로 한다.

강, 특히 스텐레스강과 같은 금속 제조시 어닐링동안 표면에서 산화물층이 형성되므로 이 층이 제거되어야 한다. 이것은 보통 산세척으로 이루어지는데, 산세척은 강이 산성 산화세척조에서 처리되어서 이후에 느슨해지는 산화물층 아래의 금속의 용해에 영향을 줌을 의미한다. 금속의 산세척 및 표면처리는 산화제로서 질산 기초 용액에서 수행되지만, 아질산 연기, 주로 NO 및 NO₂가 방출된다. 이러한 방출은 미국특허 제 4938838 호 및 3945865 호의 질산 함유 용액에 과산화수소첨가 뿐만 아니라 강의 산세척에서 NO_x의 조절(Environmental Progress, Vol. 3, No. 1, 1984, 40-43 페이지, H.T. Karlsson)에 의해 크게 감소될 수 있다. 강의 산세척에서 다음과 같은 반응이 일어난다:

2Fe + 6H⁺+ 3NO₃ ^-⇔ 2Fe³⁺+ 3NO₂ ^-+ 3H₂O

2NO₂ ^-+ 2H⁺⇔ NO + NO₂+ H₂O

NO₂ ^-+ H₂O₂⇔ NO₃ ^-+ H₂O

이 공정은 매우 적절히 이루어지지만 방출을 특정수준 이하로 감소시키기 위해서 훨씬 더 많은 화학양론적인 양의 과산화수소가 공급되어야 함이 발견되었다. 동시에, 환경 문제에 대한 의식의 고양은 더욱 효과적인 아질산 연기 감축을 요구한다.

본 발명은 과산화수소 소모를 허용할 수 없는 수준까지 증가시키지 않고도 아질산 연기 또는 NO_x, 특히 NO와 NO₂의 방출을 더욱 감소시켜 문제를 해결하고자 한다.

도 1 은 금속처리 공정의 구체예를 개략적으로 보여준다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 통

2 : 세척조

3 : 금속 스트립

4 : 탱크

5a,5b,6a,6b,16a,16b,17a,17b : 란스

7a,7b,8a,8b,18a,18b,19a,19b : 노즐

10 : 순환도관

11,13b,13c : 펌프

12 : 저장탱크

25 : 후드

26 : 통기구

따라서 본 발명은 질산함유 수용액에서 금속을 산세척 또는 표면처리하는 방법에 관계하며, 아질산 연기 형성을 감소시키기 위해서 과산화수소가 공급됨을 특징으로 한다. 적어도 일부의 과산화 수소가 하나 또는 여러개의 분리된 노즐을 통해 금속상에 직접 과산화수소 수용액을 분무함으로써 공급된다. 특히, NO_x와의 반응을 더욱 효과적이게 하는 가능한 작은 소적을 얻을 수 있도록 과산화수소가 분무된다. 분리된 노즐을 통해서 모든 과산화수소를 공급하는 것이 가능할지라도 공급되는 과산화수소 총량의 20 내지 60%, 특히 40 내지 60%가 노즐을 통해 공급되는 과산화수소의 양이다.

산세척 용액에서 금속이온과 접촉하는 과산화수소는 촉매적으로 물과 산소로 분해되어 쓸모없게 소모되는 것으로 여겨진다. 또한, 대부분의 아질산 연기는 금속 표면에서 발생되며 과산화수소가 금속상에 직접 분무된다면 과산화수소가 금속이온과 접촉하기 이전에 NO_x와 접촉할 가능성이 크다고 여겨진다. 이것은 가공하는 금속상에 질산함유 용액이 직접 분무될 때는 매우 낮은 농도의 용해된 NO_x에서 조차 상당량의 아질산 증기가 발생되기 때문이다.

질산용액은 통상 0.1 내지 4몰/리터, 특히 0.5 내지 3몰/리터의 질산과 0.01 내지 5몰/리터, 특히 0.1 내지 3몰/리터의 불화수소산을 포함한다. 용해된 NO_x의 농도는 0.01 내지 0.7g/ℓ, 특히 0.1 내지 0.4g/ℓ이다. 본 발명은 용해된 NO_x의 농도가 약 0.7g/ℓ 미만일 경우에 특히 이롭다. 용해된 NO_x의 대부분은 NO₂ ^-형태이다.

본 발명에 따르면 처리된 금속 제곱미터당 2 내지 60g의 H₂O₂, 특히 5 내지 40g의 H₂O₂의 과산화수소 소모율로 처리된 금속 제곱미터당 7g NO_x미만, 특히 4g NO_x미만의 NO_x가스 방출율을 유지하는 것이 가능하다.

첨가된 과산화수소의 양은 배기가스에서 NO_x농도를 측정하거나 질산함유 용액에서 산화환원 전위를 측정하는 것과 같은 종래의 방법에 의해 조절될 수 있다. 선호되는 산화환원 전위 조절방법은 US 4938838 및 EP 442250 에 발표된다.

본 발명은 강, 구리 또는 황동과 같은 금속을 질산함유 용액으로 표면처리하는 모든 공정에서 이득이 된다. 본 발명은 강, 특히 스텐레스강의 산세척에 이득이 된다.

도 1 은 질산과 불화수소산을 함유한 수용액 표면처리 또는 세척조(2)를 포함한 통(1)을 보여주며, 이를 통해서 금속, 특히 스텐레스강 스트립(3)이 연속으로 안내된다. 질산함유 용액은 금속 스트립(3)의 각면상에 용액을 분무하여 이의 전체 폭에 대해서 분배되게 하는 복수의 노즐(7a, 7b, 8a, 8b)을 포함하는 란스(5a, 5b, 6a, 6b)를 통해 공급된다. 조(2)에서 나오는 용액은 탱크(4)로 빠지며 순환도관(10) 및 펌프(11)를 경유하여 충분히 높은 압력에서 란스(5a, 5b, 6a, 6b)로 이송된다. 이 공정은 저장탱크(12)로 부터 과산화수소 수용액의 공급을 포함한다. 일부의 과산화수소는 펌프(13a)에 의해서 금속 스트립(3)의 각면상에 용액을 분무하여 이의 전체 폭에 대해 분배시키는 복수의 노즐(18a, 18b, 19a, 19b)을 포함하는 분리된 란스(16a, 16b, 17a, 17b)에 이송된다. 노즐의 적당한 갯수는 금속스트립(3)의 크기와 노즐의 종류에 달려있지만 란스 하나당 통상 4 내지 12개의 노즐이면 충분하다. 종래적인 노즐이 사용될 수 있으며 과산화수소 흐름의 차단시 클로깅(clogging)을 방지하는 공기를 노즐이 송풍할 수 있다. 나머지 과산화수소는 펌프(13b, 13c)에 의해 탱크(4)와 펌프(11)의 흡입부에 있는 순환도관(10)내 질산함유 용액에 첨가된다. 펌프(13c)에서 나오는 과산화수소는 탱크(4)에 들어가기 이전에 조(2)에서 나오는 용액과 혼합된다. 통(1) 위에 통기구(26)를 포함하는 후드(25)가 배치된다. 형성된 아질산 연기는 통기구(26)를 통해 빠진다. 과산화수소의 공급은 통기구(26)의 가스 스트림내 NO_x함량이다. 조(2)내의 산화환원 전위를 기초로 하여 조절된다. 노즐(18a, 18b, 19a, 19b)을 통해 첨가되는 과산화수소의 흐름을 고정시키고 탱크(4)와 순환도관(10)에 과산화수소를 공급하는 펌프(13b, 13c)를 단지 조절할 수도 있다.

도 1 에 도시되지는 않지만, 금속 스트립(2)을 조에 담그지 않고도 처리할 수도 있다. 또한 금속 스트립(3)을 수직으로 전달하고 질산함유 용액과 과산화수소를 수직면상에 분무할 수도 있다.

실시예

도 1 에 따른 플랜트에서 스텐레스강이 2.9몰/리터의 질산과 2.7몰/리터의 불화수소산의 수용액에서 산세척된다. 과산화수소 전부가 탱크(4)와 순환도관의 질산함유 용액에 첨가될 때는 산세척되는 강 제곱미터당 60-70㎖의 35% H₂O₂의 과산화수소 소모가 통기구(26)에서 280ppm 미만의 NO_x농도(산세척되는 강 ㎡당 3.5g NO_x에 해당하는)가 필요하다. 공정이 본 발명에 따라 수행되고 공급되는 과산화수소의 약 45%가 강 스트립(3)위에 6개의 노즐(18b, 19b)을 포함하는 분리된 란스(16b, 17b)를 통해 강표면에 직접 분무될 경우에는 통기구(26)에서 280ppm 미만으로 NO_x농도를 유지하는데 필요한 과산화수소의 소모율은 산세척되는 강 ㎡당 40-45㎖ 35% H₂O₂이다.

본 발명에 따르면, 금속이 처리되는 통이나 질산함유 용액의 순환도관에 과산화 수소가 첨가되는 것이 아니라 금속상에 직접 적어도 일부의 과산화수소가 분무된다면 과산화수소 소모를 크게 증가시키지 않고도 NO_x방출의 감소가 크게 향상될 수 있다.

Claims (10)

1. 아질산 연기 형성을 감소시키기 위해 과산화수소가 공급되는 질산함유 수용액에서 금속을 산세척 또는 표면처리하는 방법에 있어서, 최소한 일부의 과산화수소가 하나 이상의 분리된 노즐(18a, 18b, 19a, 19b)을 통해서 과산화수소의 수용액을 금속상에 직접 분무함으로써 공급됨을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 공급되는 과산화수소 총량의 20 내지 80%가 분리된 노즐(18a, 18b, 19a, 19b)을 통해 공급됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 공급되는 과산화수소 총량의 40 내지 60%가 분리된 노즐(18a, 18b, 19a, 19b)을 통해 공급됨을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 3 항중 한 항에 있어서, 처리된 금속 제곱미터당 2 내지 60g H₂O₂가 공급됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 4 항중 한 항에 있어서, 질산함유 용액이 금속상에 직접 분무됨을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 내지 5 항중 한 항에 있어서, 질산함유 용액의 농도가 0.1 내지 4몰/리터임을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 내지 6 항중 한 항에 있어서, 질산함유 용액에서 용해된 NO_x의 함량이 0.7g/ℓ 미만임을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 7 항중 한 항에 있어서, 금속이 강철임을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 내지 8 항중 한 항에 있어서, NO_x의 방출량이 산세척되는 금속 ㎡당 7g 미만으로 유지됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항 내지 9 항중 한 항에 있어서, 질산함유 용액이 불화수소산을 포함함을 특징으로 하는 방법.