JPS6235059B2 - - Google Patents

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JPS6235059B2
JPS6235059B2 JP54006575A JP657579A JPS6235059B2 JP S6235059 B2 JPS6235059 B2 JP S6235059B2 JP 54006575 A JP54006575 A JP 54006575A JP 657579 A JP657579 A JP 657579A JP S6235059 B2 JPS6235059 B2 JP S6235059B2
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JP
Japan
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acid
concentration
ions
fluorine
ion
Prior art date
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JP54006575A
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English (en)
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JPS5599062A (en
Inventor
Seigo Kosaka
Tomoo Takahari
Kyoshi Matsui
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属材料の酸洗に使用する弗酸と硝
酸、硫酸、塩酸等の強酸との混酸(以下単に混酸
と記す)、酸洗液の酸濃度、鉄イオン濃度、及び
総弗素イオン濃度測定方法に関するものである。
金属材料の酸洗に使用中の混酸中には、水素イ
オン、弗素イオン、強酸の陰イオン、弗酸分子、
強酸の分子の他、金属イオン、金属イオンと弗素
イオンで作る種々の錯イオン、金属と弗素の化合
物等が存在している。例えば、弗酸と硝酸の混酸
で、鉄鋼材料を酸洗する場合の酸洗液中には、次
式の反応で生ずるイオンあるいは分子が存在す
る。
HNO3→H++NO ……(1) HF〓H++F- ……(2) HF+F-〓HF ……(3) 2Fe+6H+→2Fe3++2H2↑ ……(4) Fe3++HF〓FeF2++H+ ……(5) FeF2++HF〓FeF +H+ ……(6) FeF +HF〓FeF3↓+H+ ……(7) これらのイオン、分子のうちで、酸洗に有効な
のは弗素イオン(F-)、硝酸イオン(NO )およ
びこれらと平衡する水素イオン(H+)である。酸
洗が進行すると混酸中に鉄イオンが溶解して(4)式
の反応が進むとともに共存する弗素イオンによつ
て鉄−弗素錯体を生成する(5)(6)式の反応が進み、
ついには(7)式の反応によつて弗化鉄が生成、沈殿
する。前記(1)〜(7)式のうち、酸洗に有効な反応は
(1)及び(4)式であり、このため常に酸洗中の弗酸及
び硝酸の濃度を測定してこれらを管理する必要が
ある。
一方、弗酸及び硝酸を補給して酸濃度調整を行
いつつ酸洗処理を継続すると、酸洗液中では(7)式
にしめす弗化鉄が沈殿し始める。これは単に酸洗
液中の弗素イオン即ち弗酸を消費するだけでな
く、槽内に堆積し酸洗処理の妨げとなる。この弗
化鉄の生成を抑えるには、第1図に示すように全
弗素イオン60g/以下、全鉄イオン30g/以
下となるように酸洗液濃度を管理する必要があ
る。
従来、この酸濃度を測定するには、水酸化ナト
リウム等のアルカリ溶液による滴定が行われてい
る。しかし、この方法では、共存する金属イオン
の影響で、電導度滴定の場合には電導度変化の彎
曲点が、又指示薬を利用した中和滴定の場合には
色の変化点が不明確であり正確な値が得られな
い。又、弗素イオン、水素イオンを直接測定して
弗酸及び硝酸の測定を行うイオン選択性電極を使
用する方法(特開昭49−83492)が提案されてい
るが分析精度が良くない。また、酸洗液中の金属
イオン濃度及び全弗素イオン濃度を同時に測定す
る方法及び装置はみあたらない。
本発明は、弗酸を含む混酸酸洗液中の弗酸、強
酸、鉄イオン及び全弗素イオンの各濃度を迅速か
つ精確に測定する方法を提供することを目的とす
る。
本発明の方法は、 1 陰イオン交換膜により、混酸酸洗液中の弗素
イオン、強酸の陰イオン及び水素イオンを拡散
透析させ、この溶液に弱酸と強塩基又は強酸と
弱塩基の中和によつて生じた塩溶液を加えて希
釈し、弗素イオン、強酸の陰イオンそれぞれの
イオン選択性電極により、それぞれのイオン濃
度を測定し、この値をもとに、混酸の酸濃度を
求める。
2 比重計により、混酸酸洗液の比重を測定し、
予め作成してある比重−鉄イオン濃度相関曲線
から鉄イオン濃度を求め、さらにこの値をもと
に鉄イオンと化合している弗素イオンを求め、
別に測定した弗素イオンとの和を求めて全弗素
イオンを測定することを特徴とする。
以下に、本発明を図面により詳細に説明する。
第2図において1は金属イオンを含んだ混酸を金
属イオンを含まない新混酸(以下回収酸と記す)
として回収する回収槽である。
弗素イオン選択性電極で弗素イオン濃度を測定
する際、イオン強度バツフアーとPHバツフアーを
兼ねたくえん酸ナトリウム溶液を使用するが、金
属イオンを含んだ混酸をそのまま試料とすると
(5)、(6)式で示す鉄−弗素錯体が解離して弗素を遊
離するため過剰の弗素イオンを測定するので真の
弗素イオンを測定出来ない。このために、本回収
槽を用い、遊離の弗素イオンのみを回収する。回
収槽は陰イオン交換膜2により仕切られている。
左側には酸洗に使用中の混酸を入れ、右側には水
を入れておく。この回収槽の容量は、右側に比べ
左側を充分に大きくしておく。こうすることによ
つて左側の混酸中の弗素イオン(F-)および強酸
の陰イオンが、陰イオン交換膜2中を拡散透析し
て右側の水中に移行する。このとき陽イオンであ
る水素イオン(H+)もイオン半径が小さいため移
行する。陰イオン交換膜2の左右で弗素イオン、
強酸の陰イオンおよび水素イオンの各濃度が等し
くなつたところで平衡に達する。このときの濃度
は、左側の容積をVA、右側の容積をVBとする
と、 W=V/V+V・C ……(8) W:平衡に対する濃度 C:左側に入れた混酸の濃度 で求まる。また右側の濃度が時間(t)とともに
増加する割合(t)は (t)=W(1−E-〓) ……(9) t:時間 T:時定数 で求まる。(8)式を(9)式に代入し (t)=V/V+V・C・(1−E-〓)……
(10) となる。従つて使用中の混酸中の錯イオンのバラ
ンスをくずすことなく、混酸と濃度と(10)式に示す
関係をもつた酸濃度を有する金属イオンを含まな
い回収酸を回収槽の右側に得ることができる。な
お陰イオン交換膜中のイオンの拡散透析に時間を
要する場合には、超音波振動を付与して時間短縮
することができる。
以上のようにして得られた回収酸も弗酸と強酸
の混酸であるため弗素イオンの量に比して水素イ
オンの量が多く弗酸はほとんど解離していない為
このままでは弗素イオン選択性電極による弗酸の
濃度測定は困難である。この為第2図に示すよう
に回収酸を混合槽3に導き希釈溶液用タンク4に
入つている希釈液で希釈する。希釈液は回収酸の
水素イオンを中和させ弗酸を解離させるとともに
イオン強度バツフアとしても作用するものでなけ
ればならない。水素イオンを中和させるために、
加水分解して微アルカリとなる塩つまり、弱酸と
強塩基又は強酸と弱塩基で中和して得られる塩の
水溶液である必要がある。またイオン強度バツフ
アとしても使えるために電離して電価の多い塩で
あることが必要である。このような希釈液の一例
としてくえん酸ナトリウムを使用した場合につい
て説明する。弗酸は水素イオン濃度が10-5モル/
以下程度になると、ほぼ完全に解離する為、回
収酸をくえん酸ナトリウム溶液で希釈して水素イ
オン濃度が10-5モル/以下になるように、希釈
率とくえん酸ナトリウム溶液の濃度を決めてお
く。例えば硝酸濃度最大1モル/で弗酸濃度最
大1モル/の回収酸では1モル/のくえん酸
ナトリウム溶液で回収酸の濃度を1/10に希釈す
ると水素イオン濃度は10-5モル/以下になる。
第2図の混合槽3において回収酸を希釈し、希釈
された回収酸について検出槽5で、弗素イオン選
択性電極6と強酸の陰イオン選択性電極7により
弗素イオン濃度及び強酸の陰イオン濃度を検知す
る。各イオン濃度はそれぞれの電圧計8,9によ
り電極の起電力として測定され、この値から混酸
濃度を知ることができる。また混合槽3は検出槽
5をかねてもよい。このようにすることにより金
属イオンを含んだ混酸の濃度を金属イオンの影響
を受けず、しかもイオン選択性電極を用いて測定
することができるため、自動化が容易で、比較的
短い時間で正確に硝酸及び弗酸の濃度を測定する
ことができる。
10は比重測定のための槽で混酸を導入する。
11は液体比重計で、12はインターフエイスで
ある。混酸中の鉄イオンが増加するにしたがい、
第3図に示すように液体の比重が増加する。この
関係は相関があるので、混酸の比重を測定すれば
鉄イオン濃度が測定出来る。全弗素イオンは弗酸
中の弗素イオンと(5)(6)式にしめす鉄−弗素錯体中
の弗素イオンの合量によつて求まるが、第4図に
示すように鉄−弗素錯体中の弗素は、鉄と弗酸濃
度によつて化合型態が異なるので、計算によつて
容易に求めることが出来る。13は濃度測定用の
計算機、14はデイスプレーである。計算機は弗
素イオン、強酸イオン比重の各測定値の情報から
弗酸、強酸、鉄イオン及び全弗素イオンの各濃度
の算出を行う。又、鉄イオン濃度及び全弗素イオ
ン濃度が第1図の曲線A以下の範囲内であれば、
弗化鉄は沈殿しないし、図中の斜線内となるよう
全弗素イオン及び鉄イオン濃度を調整すれば酸洗
効果が大きいことを確認している。このため、こ
れら全弗素イオン、鉄イオン、弗酸及び強酸の濃
度を測定することが重要である。
濃度測定を行う必要が生じた場合は、図示して
いない水源から水シヤワー39,40,41に水
を一定時間供給し、液槽24,25,26の内部
とこれらを結ぶ導管を洗浄する。このとき電磁弁
43,46,47を開いておき、洗浄水は、電磁
弁43,47を通つて排出される。洗浄水が完全
に排出された後ポンプ36を駆動し電磁弁44を
開くと共に電磁弁43,46,47を閉じ、標準
液タンク34より液槽24に濃度のわかつている
標準液を一定量供給し、これと同時に液槽25に
水シヤワー40から水を一定量供給し、この状態
で一定時間保持する。すると液槽24と25はそ
の間を陰イオン交換膜48によつてしきられてい
る為、液槽25の酸濃度が増加する。こうして一
定時間経過した後電磁弁46を開き、液槽25の
液を液槽26に移すとともに、ポンプ37を駆動
し電磁弁45を開き希釈液タンク33から希釈液
を一定量供給し希釈するとともにスターラー42
でかくはんしながら弗素イオン選択性電極27
と、被検液中の強酸の陰イオンに選択性をもつイ
オン選択性電極28(例えば硝酸イオン電極)
と、この2つの電極電位の基準となる電圧を発生
する比較電極29により各濃度を検出し電圧計3
0にて起電力を測定し演算部31に記憶する。こ
の測定が完了すると電磁弁47を開き液槽26の
液を排出する。
以上で標準液の濃度が測定されたことになり続
いて被検液の濃度測定を行う。
まず水シヤワー38,39,40,41に水を
一定時間供給し液槽21、フイルター22、温度
調整器23、液槽24,25,26及びこれらを
結ぶ導管を洗浄する。このときポンプ35を駆動
するとともに電磁弁43,46,47を開いてお
き、洗浄水は電磁弁43,47を通して排出す
る。洗浄が一定時間続き洗浄水が完全に排出され
た後電磁弁43,46,47を閉じ図示していな
いサンプリング装置で被検液をサンプリングし、
液槽21に入れ、フイルター22、温度調整器2
3を通り、バルプ51及び52の開閉によつて液
槽24及び53に一定量供給する。これと同時に
水シヤワー40から液槽25に水を一定量供給す
る。後は前に説明した標準液の濃度測定と同じ方
法で濃度を検出し、演算部31にこの結果を入力
する。演算部31では、標準液を測定した時の電
圧をVs、被検液を測定した時の電圧をViとし Ci=Cs×10V−V/K Cs:標準液の濃度 Ci:被検液の濃度 K:係数 を計算する。なお係数Kは前もつて濃度のわかつ
ている混酸で実験により求めておく。一方液槽5
3に液比重計49を入れインターフエイス50を
通して演算部31にこの結果を入力する。演算部
31では液比重測定値をもとに、予め実験により
求めてある係数Kを利用し、 CFe=k×SgFe:鉄イオン濃度 k:係数 Sg:液比重 を計算する。
さらにCFe、CHFをもとに予め実験によつて求
めてある係数k1を利用し CF=k1×CFeF:鉄イオンと化合する弗素 k1:係数 CFe:鉄濃度 を計算し、CFとCiasHFからCTFを求める。これ
らの演算結果を表示部32で表示し、測定を全て
終了する。以上の流れをリレーシーケンス又はシ
ーケンサー又はマイクロコンピユーター等で制御
することにより自動的に混酸濃度、鉄イオン濃
度、全弗素イオン濃度の測定を行うことが出来
る。
以上述べたごとく、本発明方法により弗酸と硝
酸、硫酸、塩酸等の強酸との混酸を用いて金属材
料を酸洗する際に、酸濃度、鉄イオン濃度及び全
弗素イオン濃度を随時、正確にかつ迅速に測定出
来、弗酸の余分の消費を防ぐ混酸等の濃度管理を
的確に行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は鉄−弗素系の状態図、第2図は本発明
を行うための原理図、第3図は混酸比重−鉄イオ
ン濃度の関係図、第4図は鉄−弗酸系における鉄
−弗素錯体の状態図、第5図は本発明の一実施例
を示す装置の系統図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 陰イオン交換膜により酸洗液中の弗素イオ
    ン、強酸の陰イオン及び水素イオンを透析させ、
    この透析液に弱酸と強塩基又は強酸と弱塩基の中
    和によつて生じた塩溶液を加えて希釈したのち、
    イオン選択性電極により弗素イオンおよび強酸の
    陰イオン濃度を測定し、一方比重計により酸洗液
    の比重を測定し、これらの測定値から弗酸、強
    酸、鉄イオン、総弗素イオンの各濃度を求めるこ
    とを特徴とする弗酸を含む酸洗液の濃度測定方
    法。
JP657579A 1979-01-25 1979-01-25 Concentration measurement of pickling solution containing hydrofluoric acid Granted JPS5599062A (en)

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DE3413905A1 (de) * 1984-04-13 1985-10-24 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Verfahren zur ueberwachung fluoridhaltiger baeder zur oberflaechenbehandlung von metallen
JP5260446B2 (ja) * 2009-08-26 2013-08-14 株式会社クレハ環境 ふっ素濃度自動測定方法、およびふっ素濃度自動測定装置

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JPS5599062A (en) 1980-07-28

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