NL9100353A

NL9100353A - Werkwijze voor het elektrolytisch bekleden van staalband met een zinkhoudende laag met behulp van een onoplosbare anode.

Info

Publication number: NL9100353A
Application number: NL9100353A
Authority: NL
Original assignee: Hoogovens Groep Bv
Priority date: 1991-02-27
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1992-09-16
Also published as: KR920016616A; ATE125887T1; EP0501547A1; KR940007178B1; EP0501547B1; DE69203752D1; CS58692A3; ES2075587T3; PL167731B1; DE69203752T2; PL293621A1; CZ281552B6

Description

WERKWIJZE VOOR HET ELEKTROLYTISCH BEKLEDEN VAN STAALBAND MET EEN ZINKHOUDENDE LAAG MET BEHULP VAN EEN ONOPLOSBARE ANODE

Door aanvraagster worden als uitvinders genoemd:

Ir. Gijsbertus Cornelis VAN HAASTRECHT te HEEMSKERK Joop Nicolaas MOOIJ te CASTRICUM

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het elektrolytisch bekleden van een staalband met een zinkhoudende laag in een elektrochemische cel voorzien van een onoplosbare anode, waarbij de zinkhoudende laag op een bewegende als kathode aangesloten staalband wordt neergeslagen. Een dergelijke werkwijze is uit de praktijk bekend.

Bij de bekende werkwijze wordt allerwegen een elektrolyt met een sulfaatmilieu toegepast. Als onoplosbare anode wordt daarbij een conventionele dimensie stabiele anode (DSA) toegepast bijvoorbeeld bestaande uit titaan met een katalytische coating. De daarbij optredende reacties zijn: . aan de kathode: Zn2+ + 2e” -» Zn (1) . aan de anode: 2HZ0 -» 4H+ + 4e‘ + 02 t (2) . in de regenerator: Zn + 2H+ -» Zn2+ + H2 t (3)

Indien echter bij het elektrolytisch bekleden van staalband met een zinklaag met een onoplosbare anode een elektrolyt met een chloridemilieu wordt toegepast, dan treedt daarbij in plaats van reactie (2) de volgende reactie op: aan de anode: 2C1" -* Cl2 t + 2e” (4)

Het bij reactie (4) gevormde chloorgas geeft zulke grote complicaties bij de inrichting en voor een goede procesvoering, dat men van een elektrolyt met een chloridemilieu moet afzien.

De uitvinding beoogt nu het in het voorgaande besproken probleem op te lossen en een verbeterde werkwijze te verschaffen voor het elektrolytisch bekleden van een staalband met een zinkhoudende laag met behulp van een onoplosbare anode onder toepassing van een elektrolyt met een chloridemilieu.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt doordat in combinatie a. de zinkhoudende laag wordt neergeslagen uit een elektrolyt met een chloridemilieu; b. aan de onoplosbare anode waterstof in de vorm van een water-stofhoudend gas wordt toegevoerd welke anode geschikt is voor het doen verlopen van de reactie: H2 -+ 2H+ + 2e' (5) waarbij de reactie: 2C1" -» Cl2 T + 2e' (4) geheel of grotendeels wordt onderdrukt.

Gebleken is dat door reactie (5) als gevolg van de toevoer van waterstof aan de anode de reactie (4) niet of nagenoeg niet verloopt. Er wordt dus geen of nagenoeg geen chloorgas meer gevormd waardoor het mogelijk is een elektrolyt met een chloridemilieu toe te passen. De gevormde waterstof-ionen worden in het elektrolyt opgenomen en kunnen in de regenerator worden gebruikt bij het suppleren van zink in het elektrolyt bijvoorbeeld volgens reactie (3).

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt het bij reactie (3) in de regenerator gevormde waterstofgas opgevangen en vervolgens ten behoeve van reactie (5) aan de anode toegevoerd.

Bij voorkeur gebruikt men als anode geschikt voor het doen verlopen van reactie (5) een anode voor het type waterstofgasdiffusie- anode waarbij het waterstofhoudend gas aan een poreuze anode aan de van de kathode afgekeerde zijde van deze anode wordt toegevoerd; het waterstofhoudend gas in de kanalen van de poreuze anode met het elektrolyt in aanraking wordt gebracht, en op het grensvlak van waterstofhoudend gas, elektrolyt en anode onder invloed van een katalysator reactie (5) plaatsvindt.

Opgemerkt wordt dat in de Nederlandse octrooiaanvrage NL 8801511 reeds eerder is voorgesteld een zogenaamde gasdiffusie-anode bij een elektrodepositieproces toe te passen. Het ging daarbij om het onderdrukken van bij het vertinnen aan de onoplosbare anode optredende reactie (2) teneinde de beperkte levensduur van de onoplosbare anode als gevolg van aantasting door de gevormde zuurstof te verbeteren. Bij de onderhavige uitvinding gaat het echter om het onderdrukken van reactie (4) aan de anode.

Bij voorkeur is de spanningsval tussen de anode en de kathode gelijk aan of kleiner dan 10 V.

Het voordeel dat met de uitvinding wordt verkregen bestaat vooral hieruit, dat het elektrolyt met een chloridemilieu een circa driemaal hogere geleidbaarheid heeft dan het elektrolyt met een sulfaatmilieu. Bij eenzelfde stroomdichtheid treedt daarom bij toepassing van een elektrolyt met een chloridemilieu een spanningsval op die circa 15 V lager is dan bij toepassing van een elektrolyt met een sulfaatmilieu. Bij een verzinklijn met een produktie van 300.000 ton/jaar betekent dit een elektriciteitsbesparing van circa 75 GWh/jaar en dit betekent bij de huidige elektriciteitsprijs een besparing van circa Hfl. 7.500.000,-- op jaarbasis. Hierbij is rekening gehouden met de kosten voor het benodigde waterstofgas.

In het voorgaande is de uitvinding beschreven voor het bekleden van een staalband met een zinklaag. De uitvinding kan echter evenzeer worden toegepast voor het bekleden van een staalband met een laag bestaande uit een verbinding van zink met zink als hoofdbestanddeel, maar waarin een gedeelte van het zink is vervangen door een ander metaal teneinde de eigenschappen van de laag te verbeteren. Voorbeelden van zulke legeringen zijn zirik-nikkel met 10-15% nikkel en zink-ijzer met 10-20% ijzer. Bij zink-ijzer treedt bij de uitvinding nog het voordeel op dat er geen gevaar is voor Fe(0H)3 neerslag aangezien er bij toepassing van een elektrolyt met een chloridemilieu geen, en bij een sulfaatmilieu wel Fe3+-ionen worden gevormd.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de tekening.

Fig. 1 toont een inrichting voor het elektrolytisch bekleden van een staalband met een zinkhoudende laag.

Fig. 2 toont een detail van een gasdiffusie-anode.

In fig. 1 is getoond dat een met een zinkhoudende laag beklede staalband wordt vervaardigd in een elektrochemische cel 2, omvattende een draaibare rol 3 en een anode 4. De in fig. 1 getoonde anode 4 is van een radiaal type, maar kan ook vlak zijn. De rol 3 en de anode 4 zijn verbonden met de negatieve respectievelijk de positieve pool van een spanningsbron 5. Hierdoor fungeert de rol als kathode in de elektrochemische cel. Aan de spleet tussen kathoderol 3 en anode 4 wordt bij 6 elektrolyt toegevoerd. Het geheel is geplaatst in een bak 7. Op de kathode rol 3 wordt volgens reactie (1) uit het elektrolyt met een chloridemilieu een zinkhoudende laag op de staalband neergeslagen. Het verbruikte en aan zink-ionen verarmde elektrolyt wordt onder in de bak opgevangen en door middel van elektrolyt met pomp 10 door middel van leiding 11 en 12 naar een regenerator 13 gevoerd alwaar zink 14 wordt opgelost en het elektrolyt volgens reactie (3) met zink-ionen wordt verrijkt. Tenslotte wordt het aldus verrijkte elektrolyt door middel van leiding 15, circulatietank 9 en leiding 11 en 16 naar de elektrochemische cel gevoerd. Bij de in fig. 1 getoonde inrichting wordt het in de regenerator 13 volgens reactie (3) gevormde en opgevangen waterstofgas, eventueel na reiniging door middel van leiding 17, ten behoeve van reactie (5) naar de anode 4 en wel naar de van de kathode 3 afgekeerde zijde van anode 4 gevoerd. De in de inrichting gebruikte anode 4 is een waterstofgasdiffusie-anode die hieronder wordt beschreven.

Fig. 2 toont het principe van een waterstofgasdiffusie-anode. De anode 4 heeft een hydrofoob deel 18 alwaar het waterstofhoudende gas aan de van de kathode af gekeerde zijde van de anode aan de anode wordt toegevoerd. Dit deel heeft grove poriën. In een specifieke uitvoeringsvorm bestaat het hydrofobe deel uit actieve kool 19 gevat in een teflon matrix 20 en is het hydrofobe deel voorzien van een laag Carbon Feit 21 (Torag paper) ten behoeve van steun van de elektrode en de stroomgeleiding.

De anode 4 heeft voorts een hydrofiel deel 22 met fijne poriën en een katalysator aan de kant van het elektrolyt. In een specifieke uitvoeringsvorm bestaat het hydrofiele deel uit actieve kool 23 met platina 24 als katalysator beladen, in een teflon matrix en is 70 tot 120 μπι dik. De reactie (5) vindt plaats in de fijne poriën aan het driefasen-grensvlak van waterstofhoudend gas, elektrolyt en de actieve kool 23. Op dit grensvlak worden onder invloed van de katalysator 24 H+-ionen gevormd. Het waterstofhoudend gas kan een mengsel van waterstof met een of meer andere gassen zijn of een verbinding van waterstof zoals bijvoorbeeld aardgas. De voorkeur gaat echter uit naar een waterstofhoudend gas dat in hoofdzaak uit waterstof bestaat.

Voorbeeld

In dit voorbeeld wordt een staalband elektrolytisch met een zinkhoudende laag bekleed onder gebruikmaking van een inrichting zoals getoond in fig. 1 en 2.

Bij een bandbreedte van 1200 mm en een bandsnelheid van 100 m/min wordt een laaggewicht van 70 g/m2 zink aangebracht. Er wordt hierbij gebruik gemaakt van een (zinkhoudend) elektrolyt met een chloridemilieu met een pH van ongeveer 2 en een Hz-verbruik aan de anode van ongeveer 32 kg/uur. De anode bestaat uit poreus grafiet en de katalysator hierop is van Pt. Zn wordt toegevoegd in de regenerator. Het in deze generator vrijkomende waterstofgas wordt (na een reiniging) toegevoerd aan de anode.

De stroomdichtheid ligt in het gebied van 100 tot 200 A/dm2 en de toegepaste spanning ligt in het gebied van 3 tot 10 V. De anode-kathode afstand is 8 tot 12 mm. Typische omstandigheden voor een dergelijk proces zijn een bandbreedte van 1.000 tot 1.600 mm, een bandsnelheid van 70 tot 200 m/min en een laagdikte van 30 tot 100 g/m2 Zn. De produktiecapaciteit bedraagt circa 300.000 ton verzinkte staalband per jaar en de gelijkrichter capaciteit is 1.000 kA.

Claims

1. Werkwijze voor het elektrolytisch bekleden van een staalband met een zinkhoudende laag in een elektrochemische cel voorzien van een onoplosbare anode, waarbij de zinkhoudende laag op een bewegende als kathode aangesloten staalband wordt neergeslagen, met het kenmerk, dat a. de zinkhoudende laag wordt neergeslagen uit een elektrolyt met een chloridemilieu; b. aan de onoplosbare anode waterstof in de vorm van een water-stofhoudend gas wordt toegevoerd welke anode geschikt is voor het doen verlopen van de reactie: H2 -» 2H+ + 2e" (5) waarbij de reactie: 2C1- -+ Cl2 t + 2e' (4) geheel of grotendeels wordt onderdrukt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het waterstof-houdend gas aan een anode van het type waterstofgasdiffusie-anode wordt toegevoerd waarbij het waterstofhoudend gas aan een poreuze anode aan de van de kathode afgekeerde zijde van deze anode wordt toegevoerd; het waterstofhoudend gas in de kanalen van de poreuze anode met het elektrolyt in aanraking wordt gebracht, en op het grensvlak van waterstofhoudend gas, elektrolyt en anode onder invloed van een katalysator reactie (5) plaatsvindt.

3. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de spanningsval tussen de anode en de kathode gelijk of kleiner is dan 10 V.

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het in de regenerator bij reactie (3) gevormde waterstofgas wordt opgevangen en vervolgens ten behoeve van reactie (5) aan de anode wordt toegevoerd.

5. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de zinkhoudende laag bestaat uit zink, zink-nikkel of zink-ijzer.